熱釋電材料及其原理.ppt

1、6.3 熱釋電材料,一 熱釋電效應(yīng),在自發(fā)極化晶體中，當(dāng)晶體受熱或者冷卻后，由于溫度變化導(dǎo)致自發(fā)極化強(qiáng)度變化，而在晶體某一個(gè)方向產(chǎn)生表面極化電荷，這一現(xiàn)象稱為熱釋電效應(yīng),熱釋電效應(yīng) 定義 某些晶體可以因溫度變化而引起晶體表面電荷，這一現(xiàn)象稱為熱釋電效應(yīng) P=pT 當(dāng)外加電場(chǎng)施加于熱釋電晶體時(shí),電場(chǎng)的改變會(huì)引起晶體溫度變化,這種現(xiàn)象稱為電卡效應(yīng) 壓電、熱釋電和鐵電效應(yīng)的關(guān)系 20種結(jié)構(gòu)的晶體，在壓力作用下可產(chǎn)生極化現(xiàn)象，此即壓電效應(yīng)。 10種結(jié)構(gòu)晶體均存在自發(fā)極化。當(dāng)晶體溫度改變時(shí)，從而使晶體表面出現(xiàn)束縛電荷，此即熱釋電效應(yīng)； 自發(fā)極化強(qiáng)度矢量在電場(chǎng)作用下會(huì)改變方向，此即鐵電效應(yīng),自發(fā)極化晶體,

2、無(wú)外電場(chǎng),有外電場(chǎng),熱誘導(dǎo)的電偶極子在平衡軸附近的隨機(jī)擺動(dòng) 熱釋電材料的溫度升高，電偶極子劇烈的擺動(dòng)，平均自發(fā)極化降低，感生電荷的量也減少 熱釋電材料被冷卻，電偶極子更小的角度范圍內(nèi)擺動(dòng)，自發(fā)極化將增強(qiáng)，感生電荷的量也增加,熱釋電材料基于熱誘導(dǎo)的電偶極子在平衡軸附近的隨機(jī)擺動(dòng)，其大小隨著溫度變化的增加而變大。 在室溫下的熱擺動(dòng)，熱釋電材料電偶極子將會(huì)在一定程度內(nèi)在其各自的對(duì)稱軸上隨機(jī)擺動(dòng)。在某一確定的溫度下，電偶極子自發(fā)極化形成的總的平均強(qiáng)度是不變的，因此，熱釋電沒(méi)有輸出。 當(dāng)熱釋電材料的溫度升高，溫度的增加將導(dǎo)致電偶極子在各自的對(duì)稱軸附近更加劇烈的擺動(dòng)。由于擺角的增加，總的平均自發(fā)極化降低了

3、。于是電極上感生電荷的量減少，從而產(chǎn)生了電子的流動(dòng)。 如果熱釋電材料被冷卻而不是被加熱，由于較低的熱激活能，電偶極子在更小的角度范圍內(nèi)擺動(dòng)，自發(fā)極化將增強(qiáng)。相應(yīng)的電極上感生電荷的量也增加。,能產(chǎn)生熱釋電效應(yīng)的晶體稱之為熱釋電體或熱釋電元件，其常用的材料有： 單晶(LiNbO3 LiTaO3 等)、 壓電陶瓷（PZT等） 高分子薄膜（PVFZ等）,二 熱釋電材料種類,熱釋電效應(yīng)的強(qiáng)弱由熱釋電系數(shù)來(lái)表示。假設(shè)這個(gè)晶體的溫度均勻地改變了一個(gè)小量dT，則極化強(qiáng)度P的改變?yōu)椋?三 熱釋電系數(shù),p熱釋電系數(shù),對(duì)熱釋電材料性能的評(píng)價(jià)，通常采用下面兩個(gè)參數(shù):,電壓響應(yīng)優(yōu)值：,探測(cè)度優(yōu)值：,p為熱釋電系數(shù)；C為

4、材料體積熱容,由上公式看出：選擇制作熱釋電的材料時(shí)，要求： 具有較大的熱釋電系數(shù)，較低的介電常數(shù)，介電損耗和熱容,民用：可用作機(jī)械和工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控、安全監(jiān)視、防火報(bào)警、非接觸式快速測(cè)溫、紅外熱成像、變頻空調(diào)自動(dòng)控制、車輛及飛枧的自動(dòng)駕駛輔助裝置、疲物及污染物檢測(cè)和醫(yī)療診斷等。,四、 熱釋電材料應(yīng)用,軍事：用熱釋電靶代替光電導(dǎo)靶的熱釋電攝像器件，可用于空中與地面?zhèn)刹?、入侵?bào)警、戰(zhàn)地觀察、火情觀測(cè)、醫(yī)用熱成像、環(huán)境污染監(jiān)視以及其他領(lǐng)域。,光輻射的光譜范圍: 紫外光波段:0.10.38um 可見(jiàn)光波段:0.380.78um 紅外光波段:0.78300um,熱釋電紅外傳感器,人體皮膚溫度在37時(shí)，大約有32輻射能量在8-12um波段范圍，僅有1的輻射能量在3.2um波段內(nèi)。人體輻射探測(cè)常是安全和軍事信息的重要任務(wù)，在醫(yī)學(xué)診斷上也有重要價(jià)值。,當(dāng)人體進(jìn)入檢測(cè)區(qū)，人體都有恒定的體溫，一般在37度左右，會(huì)發(fā)出10m左右特定波長(zhǎng)的紅外線，紅外人體探測(cè)傳感器就是靠探測(cè)人體發(fā)射的紅外線而進(jìn)行。紅外