PZT基陶瓷的熱釋電效應(yīng)與性能研究.pdf

1、鋯鈦酸鉛(PZT)系列陶瓷在富鋯區(qū)域存在豐富的相變行為,具有優(yōu)異的熱釋電性能,是制備非制冷型紅外焦平面陣列的主流材料之一。向高靈敏度、寬工作溫區(qū)方向發(fā)展的熱釋電紅外探測(cè)器對(duì)PZT系列陶瓷提出了新要求:在靠近室溫的較寬溫度范圍內(nèi),熱釋電系數(shù)高且穩(wěn)定、介電常數(shù)與損耗低、探測(cè)率優(yōu)值大。
　　富鋯型 PZT系列陶瓷因 FRL-FRH相變時(shí)產(chǎn)生很高的熱釋電系數(shù)而引起研究人員的廣泛關(guān)注。本文首先通過(guò)鋯鈦比的調(diào)整,觀測(cè) PZT基陶瓷的FRL-F

2、RH相變特性。結(jié)果發(fā)現(xiàn):鋯鈦比為95/5和93.5/6.5時(shí),PZT基陶瓷分別在26℃和40℃左右出現(xiàn)很高的熱釋電系數(shù)峰值(分別達(dá)到9.7×10-8C/cm2℃和7.8×10-8C/cm2℃);鋯鈦比為90/10和87.5/12.5時(shí),熱釋電系數(shù)變化曲線平坦穩(wěn)定(3.5×10-8C/cm2℃到4.5×10-8C/cm2℃之間),介電常數(shù)與損耗較低。在上述研究基礎(chǔ)上,為滿足紅外探測(cè)器高靈敏度、寬工作溫區(qū)的要求,分別進(jìn)行了以下兩方面的研究:

3、
　　一方面對(duì)鋯鈦比為90/10的PZT基陶瓷摻雜改性,試圖在原溫區(qū)范圍內(nèi)整體提高其熱釋電系數(shù)。結(jié)果表明一定量鉀摻雜量后,熱釋電系數(shù)整體有所提升,介電常數(shù)與損耗減小,探測(cè)率優(yōu)值因而也增大。K2CO3摻雜量為0.5At％時(shí)探測(cè)率優(yōu)值達(dá)到最大(5.4×10-5Pa-1/2和6.3×10-5Pa-1/2之間)。適量的錳、銻共摻雜使PZT基陶瓷鐵電三方相特征增強(qiáng),鐵電性能大幅提升,熱釋電系數(shù)顯著增大。但錳、銻摻雜比例不合理或者過(guò)量則可能會(huì)

4、導(dǎo)致介電性能的惡化,探測(cè)率優(yōu)值也受到影響。當(dāng)MnO2摻雜量為1.5At％,Sb2O3摻雜量為0.5At％時(shí),熱釋電系數(shù)(平均6×10-8C/cm2℃左右)和探測(cè)率優(yōu)值(6.3×10-5Pa-1/2左右)均達(dá)到最大。
　　另一方面,選擇鋯鈦比為95/5和93.5/6.5的PZT基陶瓷進(jìn)行FRL-FRH相變復(fù)合研究,試圖拓寬FRL-FRH相變溫區(qū),使熱釋電系數(shù)在更寬的溫區(qū)范圍內(nèi)很高。結(jié)果表明適當(dāng)?shù)膹?fù)合燒結(jié),可以實(shí)現(xiàn)多組份共存狀態(tài),達(dá)到