1、6.3 熱釋電材料熱釋電材料一一 熱釋電效應熱釋電效應在自發極化晶體中，當晶體受熱或者冷卻后，由于在自發極化晶體中，當晶體受熱或者冷卻后，由于溫度變化溫度變化導致自發極化強度變化，而在晶體某一個方向產生表面極化導致自發極化強度變化，而在晶體某一個方向產生表面極化電荷，這一現象稱為電荷，這一現象稱為熱釋電效應熱釋電效應熱釋電效應熱釋電效應定義定義 某些晶體可以因溫度變化而引起晶體表面電荷，某些晶體可以因溫度變化而引起晶體表面電荷，這一現象稱為這一現象稱為熱釋電效應熱釋電效應 P=p T 當外加電場施加于熱釋電晶體時當外加電場施加于熱釋電晶體時,電場的改變會引起晶體電場的改變會引起晶體溫度變化溫度

2、變化,這種現象稱為這種現象稱為電卡效應電卡效應壓電、熱釋電和鐵電效應的關系壓電、熱釋電和鐵電效應的關系 20種結構的晶體，在壓力作用下可產生極化現象，此即種結構的晶體，在壓力作用下可產生極化現象，此即壓壓電效應。電效應。 10種結構晶體均存在自發極化。當晶體溫度改變時，從而種結構晶體均存在自發極化。當晶體溫度改變時，從而使晶體表面出現束縛電荷，此即使晶體表面出現束縛電荷，此即熱釋電效應熱釋電效應； 自發極化強度矢量在電場作用下會改變方向，此即自發極化強度矢量在電場作用下會改變方向，此即鐵電效鐵電效應應自發極化晶體自發極化晶體無外電場無外電場有外電場有外電場32種點群晶體不具有對稱中心的晶體（2

3、1） 極性晶體（10）壓電效應熱釋電鐵電非極性晶體（11）壓電效應（10種）具有對稱中心的晶體（11）熱誘導的電偶極子在平衡軸附近的隨機擺動熱釋電材料的溫度升高，電偶極子劇烈的擺動，平均自發極化降低，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擺動，自發極化將增強，感生電荷的量也增加 熱釋電材料基于熱誘導的電偶極子在平衡軸附近的隨機擺動，其大小隨著溫度變化的增加而變大。 在室溫下的熱擺動，熱釋電材料電偶極子將會在一定程度內在其各自的對稱軸上隨機擺動。在某一確定的溫度下，電偶極子自發極化形成的總的平均強度是不變的，因此，熱釋電沒有輸出。 當熱釋電材料的溫度升高，溫度的增加將導致電

4、偶極子在各自的對稱軸附近更加劇烈的擺動。由于擺角的增加，總的平均自發極化降低了。于是電極上感生電荷的量減少，從而產生了電子的流動。 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擺動，自發極化將增強。相應的電極上感生電荷的量也增加。能產生熱釋電效應的晶體稱之為熱釋電體或能產生熱釋電效應的晶體稱之為熱釋電體或熱釋電元件，其常用的材料有：熱釋電元件，其常用的材料有：l單晶單晶(LiNbO3 LiTaO3 等等)、l壓電陶瓷（壓電陶瓷（PZT等）等）l高分子薄膜（高分子薄膜（PVFZ等）等）二二 熱釋電材料種類熱釋電材料種類熱釋電效應的強弱由熱釋電系數來表示。假設這

5、個晶體的溫度均勻地改變了一個小量dT，則極化強度P的改變為：三三 熱釋電系數熱釋電系數pdTdP p熱釋電系數對熱釋電材料性能的評價，通常采用下面兩個參數對熱釋電材料性能的評價，通常采用下面兩個參數: :rVvCpF21)(tgCpFrVMl電壓響應優值：l探測度優值：p為熱釋電系數；C為材料體積熱容由上公式看出：選擇制作熱釋電的材料時，要求：由上公式看出：選擇制作熱釋電的材料時，要求：具有較大的熱釋電系數，較低的介電常數，介電損耗和熱容具有較大的熱釋電系數，較低的介電常數，介電損耗和熱容民用：民用：可用作機械和工業生產過程可用作機械和工業生產過程監控監控、安全監、安全監視、防火報警、非接觸式

6、快速視、防火報警、非接觸式快速測溫測溫、紅外、紅外熱成像熱成像、變頻空調自動控制、車輛及飛枧的自動駕駛輔助變頻空調自動控制、車輛及飛枧的自動駕駛輔助裝置、疲物及污染物檢測和醫療診斷等。裝置、疲物及污染物檢測和醫療診斷等。四、四、 熱釋電材料應用熱釋電材料應用軍事軍事：用：用熱釋電靶熱釋電靶代替光電導靶的熱釋電攝像代替光電導靶的熱釋電攝像器件，可用于空中與地面器件，可用于空中與地面偵察、入侵報警、戰偵察、入侵報警、戰地觀察、火情觀測、醫用熱成像、環境污染監地觀察、火情觀測、醫用熱成像、環境污染監視視以及其他領域。以及其他領域。光輻射的光譜范圍光輻射的光譜范圍:紫外光波段紫外光波段:0.10.38

7、um可見光波段可見光波段:0.380.78um紅外光波段紅外光波段:0.78300uml熱釋電紅外傳感器熱釋電紅外傳感器人體皮膚溫度在人體皮膚溫度在3737時，大約有時，大約有3232輻射能量輻射能量在在8-12um8-12um波段波段范圍，僅有范圍，僅有1 1的輻射能量在的輻射能量在3.2um3.2um波段內。波段內。人體輻射探測人體輻射探測常是安全和軍事常是安全和軍事信息的重要任務，在醫學診斷上也有重要價值。信息的重要任務，在醫學診斷上也有重要價值。當人體進入檢測區，人體都有恒定的體溫，一般當人體進入檢測區，人體都有恒定的體溫，一般在在3737度左右，會發出度左右，會發出10m10m左右特定波長左右特定波長的紅外的紅外線，紅外人體探測傳感器就是靠探測人體發射的線，紅外人體探測傳感器就是靠探測人體發射的紅外線而進行。紅外線通過菲涅耳濾光片增強后紅外線而進行。紅外線通過菲涅耳濾光片增