熱釋電陶瓷

熱釋電陶瓷具有熱釋電效應的陶瓷材料。這類材料晶體結構中存在著與其極軸不相同的惟一極軸(極化軸)時，才有可能因熱膨脹而引起總的電矩的變化，出現熱釋電效應。常見的熱釋電陶瓷有：欽酸鉛、鍺酸鉛、錠酸銘鋇和錯欽酸錯斕等。這類陶瓷經過強直流電場的極化處理後，能從各向同性體變成各向異性體，並具有剩餘極化，就能像單晶體一樣顯現熱釋電效應。陶瓷材料易於加工，成本低，且性能易於改性。是一類很有前途的材料。可用於製作熱釋電探測器、熱釋電顯像管和熱釋電照相機等。

基本介紹

• 中文名：熱釋電陶瓷
• 外文名：Pyroelectric ceramic
• 分類：欽酸鉛、鍺酸鉛、錠酸銘鋇等
• 特點：易於加工，成本低，性能易於改性
• 套用：熱釋電探測器、熱釋電顯像管
• 原理：熱釋電效應

熱釋電陶瓷的結構與性能

晶體因溫度變化( ΔT)而導致自發極化的變化( ΔPs)，並在晶體的一定方向上引起表面電荷改變的現象稱為熱釋電效應。熱釋電效應的強弱可用熱釋電係數來表示：ΔPs= PΔT

上述可知，晶體中存在熱釋電效應的首要條件是具有自發極化，即晶體結構的某些方向的正、負電荷重心不重合(存在固有電矩)；其次有溫度變化，熱釋電效應是反映材料在溫度變化狀態下的性能。

熱釋電晶體可分為兩類：一類是具有自發極化，但自發極化不能為外電場所轉向的晶體；另一類是自發極化可為外電場所轉向的晶體，即鐵電晶體。這些鐵電晶體中的大多數可製成多晶陶瓷，經強直流電場的極化處理後，由各向同性體變成各向異性體，並具有剩餘極化，可像單晶體一樣呈現熱釋電效應。在居里溫度附近，自發極化急劇下降，而遠低於居里溫度T_e時，自發極化隨溫度的變化相對比較小；這意味著，在居里溫度附近，熱釋電晶體具有較大的熱釋電效應。

熱釋電係數除與溫度有關外，還與晶體所處狀態有關。當晶體處於夾持狀態時，由於晶體受熱後尺寸和形狀不變，所以稱這種狀態下的熱釋電係數為恆應變熱釋電係數或一級熱釋電係數，以P表示。應當注意到，在溫度變化時，不但使系統的嫡值變化產生自發極化的變化，而且會因溫度變化造成應變而產生應力，通過正壓電效應又使晶體的自發極化發生變化，這類熱釋電係數稱為二級熱釋電係數，以P_i表示。所以在恆定應力下測得的總熱釋電係數P應由兩部分組成。

熱釋電陶瓷的要求

陶瓷材料在紅外線照射下具有明顯的熱釋電效應。用這類材料可以製成紅外線鐓感器件，以物體輻射的紅外線作為熱源，對物體進行非接觸測量。作為紅外線敏感器件的熱釋電材料，應滿足以下要求：

(1)能充分吸收人射紅外線；

(2)體積比熱容小、體積小，以保證吸收單位熱能後有大的溫升；

(3)熱釋電係數大；

(4)隨表面電荷變化相應的電容要小，以使之有大的電壓輸出。

熱釋電陶瓷的特點

熱釋電陶瓷PbTiO₃和PZT是已實用化的材料。純PbTiO₃難燒結，燒結時必須摻入Bi_2/3TiO₃PbZny/zNb23O3 ,或添加la2O3和MnO2晚組合物。熱釋電陶瓷紅外線敏感器件的特點有：

(1) 非接觸檢測、靈 敏度高、檢測溫度範圍寬(-80~150℃)；

(2)能在常溫下工作；

(3)回響快。

熱釋電陶瓷的套用

熱釋電效應是指某些晶體或陶瓷受到外部溫度變化的影響時，會在某一方向的表面產生電荷的一種現象，根據表面電荷的多少可以判斷出物體溫度的高低。與壓電陶瓷的製備過程類似,熱釋電陶瓷在成型、燒結、拋光之後，也需要在一定溫度下加一直流電場極化，使得熱釋電陶瓷中晶粒的極軸取向一致。鈦酸鉛和摻鑭鈦鋯酸鉛是兩種常見的熱釋電陶瓷。利用熱釋電效應，人們製成了不接觸測溫溫度計。在冶金工業中，可以從遠處測量鋼水等高溫物質的溫度。在醫學上，人們製成了不接觸人體成像設備，只要病人在儀器前一站,就可以從電腦螢幕上看出人體輪廓及發生炎症的部位(因為發生炎症部位的溫度比其他部位的溫度高)，從而可以幫助醫生診斷疾病。

熱釋電材料在軍事上也有非常重要的套用。人們發明了紅外夜視儀，從夜視儀的螢幕上，戰士可以清楚地看到遠方的敵人，以及遠處運動中的汽車、坦克等機械裝置。道理很簡單,因為人體及發動機都是發射紅外線的熱源。人們還利用熱釋電材料發明了飛彈制導裝置。在飛彈頭部安裝一個熱釋電器件，飛彈發射後就會追隨目標飛行(因為飛機發動機及其排氣口都是能輻射紅外線的熱源)，直至擊中目標。