热释电陶瓷的应用

热释电陶瓷
人们发现某些铁电陶瓷经过极 化以后具有很好的热释电特性，例 如钛酸铅陶瓷、锆钛酸铅陶瓷（Ｐ ＺＴ）等。
热释电陶瓷的应用
热释电陶瓷主要用于探测红外辐射，遥测表面温度和热再生热释电热机等方 面。红外辐射探测已广泛地应用于工业和空间技术等辐射计、光谱仪、红外 激光探测、热成像管、火山爆发预报以及地球资源的遥测等。随着微机信息 系统、控制系统的应用，热释电陶瓷用作治疗、民用和安全防护等方面的传 感器。这种传感器在室温下作为无角点温度传感器向微机、控制系统提供信 号。如用做断路器、富温补偿器、建筑物和电梯中使用的进出感应器、火灾 报警器、大气环境监测器、控测物体位置的感应元件、控测人体温度分布的 成像元件、有关物质的红外线辐射计数和温度变化测定等元件。
红外传感器
传感器主要有外壳、滤光片、热释 电元件PZT、场效应管FET等组成。 其中，滤光片设置在窗口处，组成 红外线通过的窗口。滤光片为6mm 多层膜干涉滤光片，对太阳光和荧 光灯光的短波长（约5mm以下）可 很好滤除。热释电元件PZT将波长 在8mm~12mm之间的红外信号的 微弱变化转变为电信号，为了只对 人体的红外辐射敏感，在它的辐射 照面通常覆盖有特殊的菲涅耳滤光 片，使环境的干扰受到明显的抑制 作用。
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红外传感器
菲涅耳透镜把红外光线分成 可见区和盲区，同时又有聚 焦的作用，使热释电人体红 外传感器 (PIR) 灵敏度大大 增加。菲涅耳透镜作用一是 聚焦作用，将热释的红外信 号折射（反射）在PIR上；二 是将检测区内分为若干个明 区和暗区，使进入检测区的 移动物体能以温度变化的形 式在PIR上产生变化热释红外 信号，这样PIR就能产生变化 电信号。
子增多，使其导电能力增大，电阻 下降。如果两种不同的半导体两端 相互连接成回路，当回路两端保持 温度不同，在回路中就会产生一个 电动势。这种情况称为半导体的热 电效应。
热释电效应
当一些晶体受热时，在晶体两端将会产 生数量相等而符号相反的电荷，这种由于热 变化产生的电极化现象，被称为热释电效应。
热释电效应 在某些电解质晶体中，不加外电场就存在电极化现
红外探测器
红外探测器用于工业设备检测和监控、疾病早期诊断与医疗监控、消 防和海上救援用头盔夜视仪、高速公路和银行夜间安全监视、森林火灾 预警、仓库和重要物资的夜间监控与保卫、执法辑毒和生活小区防范等 领域。
红外传感器
热释电传感器由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成， 元件两个表面做成电极，当传感器监测范围内温度有 ΔT的变化时，热释电效应会在两个电极上会产生电荷 ΔQ，即在两电极之间产生一微弱电压ΔV。由于它的 输出阻抗极高，所以传感器中有一个场效应管进行阻 抗变换。热释电效应所产生的电荷ΔQ会跟空气中的离 子所结合而消失，当环境温度稳定不变时，ΔT=0， 传感器无输出。当人体进入检测区时，因人体温度与 环境温度有差别，产生ΔT，则有信号输出；若人体进 入检测区后不动，则温度没有变化，传感器也没有输 出，所以这种传感器能检测人体或者动物的活动。
Is=Aeα/Z ·dT/dt= Aeρ ·dT/dt (ρ＝ α/Z为热释电系数)
由上式可知，Is只与热释电材料的温度变化率有关 ，与温度本身无关。
热释电效应形成原理
通常，晶体自发极化所产 生的束缚电荷被来自空气 中附着在晶体表面的自由 电子所中和，其自发极化 电矩不能表现出来。当温 度变化时，晶体结构中的 正负电荷重心相对移位， 自发极化发生变化，晶体 表面就会产生电荷耗尽， 电荷耗尽的状况正比于极 化程度。
热释电陶瓷
0407401 孙岳
邱海龙 武术
张艳娇
热电效应
将两根不同的金属导线分别连接
起来，一端加热，一端冷却，那么 在导线中将产生电流。当电流流过 两根不同导线的两个接头时，则一 个接头放热，另一个接头吸热。另 外，在一段均匀的导线上，只要温 差存在，也会有电动势发生。这些 就是金属的热电效应。
半导体受热时，由于热激发载流
中国热释电材料的制作情况 热释电材料是红外探测器的关键敏感元材料。上海硅 酸盐研究所已开发出一系列具有自主知识产权的热释电陶 瓷材料产品，曾向国内有关用户批量提供热释电陶瓷材料， 有关器件水平达到或超过日本同类产品的水平。
部分热释电陶瓷材料性能
高电阻率PZT 陶瓷材料
低电阻率PZT 陶瓷材料
热释电系数 (C/cm•.k)
4.510-8
3.510-8
相对介电常数
300
210
介质损耗
510-3
<1%
电阻率(.cm)
101012
源自文库
1.21011
热释电陶瓷的未来
热电成象器件 目前，热释电也可制成探测器阵列，已有320240像
敏元的热释电热成象系统上市，主要用于红外摄像机。 另一类热电探测器是碲镉汞（CMT）器件，这也是一
种热成象器件，可以单元使用，也可以线阵或面阵使用 ，具有极高的灵敏度，已成功的应用在我国风云一号和 风云二号卫星上。但碲镉汞（CMT）器件使用时一定要制 冷，一般采用半导体制冷。
象，且具有一定的极化强度，这种极化强度称为自发
极化强度， Ps为自发极化强度方向。具有自发极化的 晶体，由于在晶体发生温度变化时，就会产生热释电
效应，因而称为热释电晶体。
Us=AeαdT/dt 式中，Ae为电极面积，α是与晶体材料有关的常数。 若在两电极间接上负载Z，则负载中就有热释电电流
通过，其大小为：