热释电陶瓷

热释电陶瓷具有热释电效应的陶瓷材料。这类材料晶体结构中存在着与其极轴不相同的惟一极轴(极化轴)时，才有可能因热膨胀而引起总的电矩的变化，出现热释电效应。常见的热释电陶瓷有：钦酸铅、锗酸铅、锭酸铭钡和错钦酸错斓等。这类陶瓷经过强直流电场的极化处理后，能从各向同性体变成各向异性体，并具有剩余极化，就能像单晶体一样显现热释电效应。陶瓷材料易于加工，成本低，且性能易于改性。是一类很有前途的材料。可用于制作热释电探测器、热释电显像管和热释电照相机等。

热释电陶瓷的结构与性能晶体因温度变化( ΔT)而导致自发极化的变化( ΔPs)，并在晶体的一定方向上引起表面电荷改变的现象称为热释电效应。热释电效应的强弱可用热释电系数来表示：ΔPs= PΔT

上述可知，晶体中存在热释电效应的首要条件是具有自发极化，即晶体结构的某些方向的正、负电荷重心不重合(存在固有电矩)；其次有温度变化，热释电效应是反映材料在温度变化状态下的性能。

热释电晶体可分为两类：一类是具有自发极化，但自发极化不能为外电场所转向的晶体；另一类是自发极化可为外电场所转向的晶体，即铁电晶体。这些铁电晶体中的大多数可制成多晶陶瓷，经强直流电场的极化处理后，由各向同性体变成各向异性体，并具有剩余极化，可像单晶体一样呈现热释电效应。在居里温度附近，自发极化急剧下降，而远低于居里温度Te时，自发极化随温度的变化相对比较小；这意味着，在居里温度附近，热释电晶体具有较大的热释电效应。

热释电系数除与温度有关外，还与晶体所处状态有关。当晶体处于夹持状态时，由于晶体受热后尺寸和形状不变，所以称这种状态下的热释电系数为恒应变热释电系数或一级热释电系数，以P表示。应当注意到，在温度变化时，不但使系统的嫡值变化产生自发极化的变化，而且会因温度变化造成应变而产生应力，通过正压电效应又使晶体的自发极化发生变化，这类热释电系数称为二级热释电系数，以Pi表示。所以在恒定应力下测得的总热释电系数P应由两部分组成。1

热释电陶瓷的要求陶瓷材料在红外线照射下具有明显的热释电效应。用这类材料可以制成红外线镦感器件，以物体辐射的红外线作为热源，对物体进行非接触测量。作为红外线敏感器件的热释电材料，应满足以下要求：

(1)能充分吸收人射红外线；

(2)体积比热容小、体积小，以保证吸收单位热能后有大的温升；

(3)热释电系数大；

(4)随表面电荷变化相应的电容要小，以使之有大的电压输出。2

热释电陶瓷的特点热释电陶瓷PbTiO3和PZT是已实用化的材料。纯PbTiO3难烧结，烧结时必须掺入Bi2/3TiO3PbZny/zNb23O3 ,或添加la2O3和MnO2晚组合物。热释电陶瓷红外线敏感器件的特点有：

(1) 非接触检测、灵 敏度高、检测温度范围宽(-80~150℃)；

(2)能在常温下工作；

(3)响应快。2

热释电陶瓷的应用热释电效应是指某些晶体或陶瓷受到外部温度变化的影响时，会在某一方向的表面产生电荷的一种现象，根据表面电荷的多少可以判断出物体温度的高低。与压电陶瓷的制备过程类似,热释电陶瓷在成型、烧结、抛光之后，也需要在一定温度下加一直流电场极化，使得热释电陶瓷中晶粒的极轴取向一致。钛酸铅和掺镧钛锆酸铅是两种常见的热释电陶瓷。利用热释电效应，人们制成了不接触测温温度计。在冶金工业中，可以从远处测量钢水等高温物质的温度。在医学上，人们制成了不接触人体成像设备，只要病人在仪器前一站,就可以从电脑屏幕上看出人体轮廓及发生炎症的部位(因为发生炎症部位的温度比其他部位的温度高)，从而可以帮助医生诊断疾病。

热释电材料在军事上也有非常重要的应用。人们发明了红外夜视仪，从夜视仪的屏幕上，战士可以清楚地看到远方的敌人，以及远处运动中的汽车、坦克等机械装置。道理很简单,因为人体及发动机都是发射红外线的热源。人们还利用热释电材料发明了导弹制导装置。在导弹头部安装一个热释电器件，导弹发射后就会追随目标飞行(因为飞机发动机及其排气口都是能辐射红外线的热源)，直至击中目标。3

本词条内容贡献者为:

李斌 - 副教授 - 西南大学