热释电材料及其应用讲解
热释电效应及应用
热释电效应及应用作者：xxx 学号：xxxxxxx【摘要】本文从热释电的起源谈起，重点说明了热释电效应、热释电测温原理，以及讨论了热释电效应的两种应用——热释电探测器和热释电传感器。
又说明了热释电探测器的性能参数以及热释电探测器目前和未来的应用。
关键字：热释电热释电效应热释电探测器热释电传感器热释电材料1、热释电效应的起源早在公元前315年，古希腊学者在《论石头》一书曾有这样的叙述：电气石不仅能吸引麦秸屑和小木片，而且也能吸引铜或铁的薄片。
这可能是有关热释电现象的最早记录。
具有自发极化的物体，当它的温度发生变化时会产生过剩的表面热释电电荷。
这种热释电效应与熟知的温差电效应不同。
温差电效应是由于电偶两端的温度不同引起电动势。
面热释电效应是由于某些电介质的自发极化随温度变化产生的。
热释电效应只对温度的变化率有响应。
使物体温度发生变化的热交换方式有传导、对流和辐射，但经常使用的是辐射加热方式使热释电材料升温，所以热释电效应的主要应用是制作红外探测器，又称辐射传感器。
这类探测器是以光——热——电转换方式来检测电磁辐射，所以是一种热敏感型器件。
2、热释电效应对于各项异性晶体，晶体存在着固有的自发电极化。
晶体的温度发生变化时，晶体的自发极化强度也随之改变，与极化强度方向垂直的晶体表面就会产生热释电电荷。
宏观上是温度的改变是在材料的两端出现电压或产生电流。
但是，通常情况下这类晶体并不显出外电场因为若这种材料是导体，那么它的自由电荷分布将与内电矩相抵消；如果这种材料是绝缘体，则杂散电荷被吸引而趋附在表面直到与极化引起的表面电荷相抵消，当晶体的温度变化比较快而内部的或外界的电荷来不及补偿热释电电荷，这时会显出外电场这种晶体随温度变化而产生电荷的现象称为热释电效应。
3、热释电材料热释电材料首先是一种电介质，是绝缘体。
它是一种对称性很差的压电晶体，由于分子间正负电荷中心不重合而产生的自发电极化即固有电偶极矩。
在垂直电极化矢量P s 方向的材料表面就会产生束缚电荷，面电荷密度σs=|P s |。
热释电材料及其应用
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热释电材料
热释电材料热释电材料是一种能够将热能转化为电能的材料。
它的基本原理是利用材料在温度变化下引起的晶体结构和材料导电性的变化来产生电荷。
在热释电材料中，最常见的是压电材料和热电材料。
压电材料的热释电效应是由于材料的晶格结构在温度变化下发生变化，导致材料内部产生电荷。
这种效应主要通过两种机制来实现：热演化机制和热膨胀机制。
在热演化机制中，材料的晶体结构会随着温度的变化而发生结构转变，从而产生极化。
而在热膨胀机制中，材料的热膨胀会导致晶格结构的畸变，从而产生极化。
这两种机制都会导致材料内部的电荷移动，从而产生电能。
热电材料的热释电效应是由于材料导电性的变化而引起的。
在一些特殊的热电材料中，温度的升高会改变材料的导电性能。
这是因为在材料的晶格结构发生变化后，材料的导电性能也会发生变化。
利用这种效应，热电材料可将热能转化为电能。
热释电材料的应用非常广泛。
例如，它可以用于温度传感器和热电发电器等设备中。
在温度传感器中，热释电材料可以将温度变化转化为电信号，从而实现温度的测量。
而在热电发电器中，热释电材料则可以将热能转化为电能，从而产生电力。
此外，热释电材料还可以用于人体感应器和生物传感器等设备中。
人体感应器是一种能够感知人体活动的设备，它可以通过检测人体的热辐射来实现。
热释电材料可以将人体的热辐射转化为电信号，从而实现对人体活动的感知。
而生物传感器则可以通过检测生物体的热辐射来实现对生物体的监测。
总之，热释电材料是一种能够将热能转化为电能的材料。
它可以通过热演化机制和热膨胀机制来实现热释电效应，也可以通过改变材料的导电性能来实现热释电效应。
热释电材料在温度传感器、热电发电器、人体感应器和生物传感器等领域有着广泛的应用。
热释电材料及其应用
热释电材料及其应用王文瀚12S0110291 热释电效应热释电效应指的是极化强度随温度改变而表现出的电荷释放现象，宏观上是温度的改变使在材料的两端出现电压或产生电流。
考虑一个单畴化的铁电体，其中极化强度的排列使靠近极化矢量两端的表面附近出现束缚电荷。
在热平衡状态下，这些束缚电荷被等量反号的自由电荷所屏蔽，所以铁电体对外界并不显示电的作用。
当温度改变时，极化强度发生变化，原先的自由电荷不能再完全屏蔽束缚电荷，于是表面出现自由电荷，他们在附近空间形成电场，对带电微粒有吸引或者排斥作用。
通过与外电路连接，则可在电路中观测到电流。
升温和降温两种情况下电流的方向相反，与铁电体中的压电效应相似，热释电效应中电荷或电流的出现是由于极化改变后对自由电荷的吸引能力发生变化，使在相应表面上自由电荷增加或减少。
与压电效应不同的是，热释电效应中极化的改变由温度变化引起，压电效应中极化的改变则是由应力造成的。
属于具有特殊极性方向的10个极性点群的晶体具有热释电性，所以常称它们为热释电体。
其中大多数的极化可因电场作用而重新取向，是铁电体。
经过强直流电场处理的铁电陶瓷和驻极体，其性能可按极性点群晶体来描写，也具有热释电效应。
2 热释电效应的描述热释电效应的强弱由热释电系数来表示，假设整个晶体的温度均匀地改变，则极化的改变可由下式给出：, 1,2,3m m P p m T∂==∂ 其中P 为极化强度，T 为温度，其单位为cm -2 K -1。
热释电系数符号通常是相对于晶体压电轴的符号定义的。
按照IRE 标准的规定，晶轴的正端沿该轴受张力时出现正电荷的一端。
在加热时，如果靠正端的一面产生正电荷，就定义热释电系数为正，反之为负。
铁电体的自发极化一般随温度升高而减小，故热释电系数为负。
但相反的情况也是有的，例如罗息盐在其居里点附近自发极化随温度升高而增大。
在研究热释电效应时，必须注意边界条件和变温的方式。
因为热释电体都具有压电性，所以温度改变时发生的形变也会造成极化的改变，这也是对热释电效应的贡献。
压电热释电铁电材料的应用
压电热释电铁电材料的应用引言：压电热释电铁电材料是一类独特的功能材料，具有压电、热释电和铁电效应。
这些特殊的性质使得压电热释电铁电材料在很多领域中有着广泛的应用。
本文将介绍压电热释电铁电材料的概念及其应用。
一、压电效应的应用：压电效应是指在外加电场的作用下，压电材料会发生形变。
压电效应在各个领域中有着广泛的应用。
例如，在声学领域，压电传感器利用压电效应将压力信号转化为电信号，用于测量、控制和监测声波。
在医疗领域，压电效应被应用于超声波技术中，用于诊断和治疗。
此外，压电效应还被应用于振动传感器、加速度计、压力传感器等领域。
二、热释电效应的应用：热释电效应是指在温度变化的作用下，热释电材料会发生电信号的变化。
热释电效应在能量转换和传感器方面有着重要的应用。
例如，热释电发电机利用热释电效应将热能转化为电能，实现能量的回收和利用。
此外，热释电效应还被应用于温度传感器、红外传感器等领域。
三、铁电效应的应用：铁电效应是指在外加电场的作用下，铁电材料会发生极性反转。
铁电效应在信息存储和传输方面有着广泛的应用。
例如，铁电存储器利用铁电效应来实现信息的存储和读取。
铁电材料还被应用于传感器、电容器等领域。
四、压电热释电铁电材料的综合应用：压电热释电铁电材料的综合应用在科学研究和工程实践中起到了重要的作用。
例如，在机械工程领域，压电热释电铁电材料被应用于振动能量收集器，将机械振动能量转化为电能，实现自供电。
在电子工程领域，压电热释电铁电材料被应用于传感器、开关等元件，实现电信号的控制和传输。
此外，压电热释电铁电材料还在声学、光学、生物医学等领域有着广泛的应用。
结论：压电热释电铁电材料的应用涵盖了许多领域，包括声学、医疗、能源、传感器等。
这些材料的特殊性质使得它们在能量转换、信息存储和传感器方面具有独特的优势。
随着科学技术的不断进步，压电热释电铁电材料的应用前景将更加广阔，为人类创造更多的价值。
4-2 热释电材料与器件
4.2.3 热释电材料制备方法 TGS热释电单晶一般是通过降低温度法生长晶体，
对TGS饱和溶液进行缓慢降温，降低溶解度产生过饱和 以长出大尺寸优质单晶。LT单晶与铌酸锶钡单晶都是用 提拉法从熔体中生长的。热释电陶瓷的制备方法与压电 陶瓷的制备方法基本一致，都经过配料-混合磨细-预烧二次细磨-造粒-成型-排塑-烧结成形-外形加工-被电极-高 压极化-性能测试的流程。热释电薄膜的制备方法有溅射 法、脉冲激光沉积法、溶胶-凝胶法、流延法等。
热释电温度/红外辐射传感器其结构如图所示，一般由以 下部件构成：一个菲涅尔透镜，用来聚焦红外线，减少环境 中的红外辐射的干扰，并且将检测区域分为可见区和盲区， 当物体移动时，能产生变化的电信号；
热释电红外传感器结构与器件示意图
一个多层膜干涉滤光片，滤掉可见光和无线电波，只 让红外线经过菲涅尔透镜和滤光片照到热释电材料上；
在室温下工作的非制冷红外焦平面阵列（UFPA）是 红外热像仪的核心器件，UFPA由一个个铁电场效应晶体 管探测器构成，其中的铁电薄膜的极化受红外辐射而变化 时，漏极电流也随之发生变化。热释电探测器的性能参数 是影响整机性能的关键因素，包括响应率、噪声、噪声 等效功率、噪声等效温差、探测率、最小可分辨温度和 热响应时间等。UPFA基的红外热像仪已经广泛应用于工 业监测探测、战场侦察监视探测与瞄准、红外搜索与跟踪、 消防与环境监测、医疗诊断、海上救援、遥感等领域。
4.2.4 热释电材料器件 例1 温度/红外辐射传感器
任何物体只要温度高于0K，就会向外辐射红外线，温 度越高，红外辐射越强，而且能够显著地被物体吸收转变 成热量。当热释电温度/红外辐射传感器检测范围物体内有 温度变化时，就会使传感器内的热释电材料温度发生变化， 在两个电极表面产生电荷和电压，检测电压大小，就能获 知物体的温度变化量。热释电传感器拥有价格低廉，性能 稳定，可远距离/非接触探测的优点，在防盗报警、火灾警 报、非接触式开关、红外探测等领域广泛应用。
热释电材料
热释电材料
热释电材料，又称热敏电阻材料，是一种可以将热能转换为电能的新
型材料。
这类材料具有体积小，重量轻，电阻可调等优点，可用于温度检
测和温度控制。
热释电材料一般由半导体或绝缘体材料制成，其特性是温度升高时，
其电阻会随之增大，从而改变电路的工作状态，从而产生温度信号。
目前
常见的热释电材料有硅质热释电材料、聚苯乙烯材料、多元聚合物热释电
材料、硫化橡胶、碳酸钙热释电材料等。
硅质热释电材料是目前应用最广泛的热释电材料，其特点是湿性强、
温度灵敏度高、温度稳定性好，但热稳定性差、电阻变化率低。
多元聚合物热释电材料，其热释电效应是由其含水量决定的，其电阻
敏感度高，劣质的多元聚合物热释电材料劣质程度很高，会因湿气的变化
而产生电阻变化，会影响温度信号的可靠性。
碳酸钙热释电材料是一种热敏电阻新型材料，与传统热敏电阻材料相比，它具有更好的热稳定性。
如果湿度过大，它的热敏效应会降低，因此
也不能用于低温环境。
热释电材料得到了广泛应用，可用于各种温度检测和温度控制系统中。
随着新型材料的出现，热释电材料将会发挥更大的作用，为社会的发展贡
献力量。
压电、热释电与铁电材料及应用PPT文档21页
压电、热释电与铁电材料及应用
指导老师：
班级： 姓名：
压电材料的物理机制
压电效应的原理 典型压电材料分析
压电效应的原理
多晶体结构的压电材料在一定温度下经极化处理制成压电元件， 它在受到外力作用而发生形变时，其表面会产生极化电荷，这就 是所谓压电效应；反之，当在压电元件两端面加一外电场时会发 生伸缩形变，称为逆压电效应。压电效应中各量（力学量、电学 量和压电常数等）之间的关系可用一方程组描述：
谢辞
感谢各位老师对我的论文给予指导! 感谢同学们给予我的支持!
谢谢大家！
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
SiO 2
典型压电材料分析
热释电红外报警器工作原理
热释电红外报警器主要由光学系统、热释电红外传感器、信号滤波和放 大、信号处理和报警电路等几部分组成，其结构框图如图所示。图中， 菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理，在探测器前方产生一个交替变化 的“盲区”和“高灵敏区”，以提高它的探测接收灵敏度。当有人从透 镜前走过时，人体发出的红外线就不断地交替从“盲区”进入“高灵敏 区”，这样就使接收到的红外信号以忽强忽弱的脉冲形式输入，从而加 强其能量幅度。达到报警效果。
热释电、铁电材料的Байду номын сангаас展方向
未来铁电薄膜以及介电模式工作的陶瓷材料将成为成 像应用的主要热释电材料。在薄膜材料这方面首先研制高 性能的热释电薄膜，并要求制备工艺中的温度不要超过 550℃，以便与硅工艺相兼容。介电模式工作的热释电材 料中，以BST和PST陶瓷为主流，可以探讨采用其他工艺 来提高此类材料的热释电性能。
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热释电材料
什么是热释电材料？
具有自发极化特性的晶体材 料。自发极化是指由于物质本身的结构在某个方向 上正负电荷中心不重合而固有的极化。一般情况下， 晶体自发极化所产生的表面束缚电荷被吸附在晶体 表面上的自由电荷所屏蔽，当温度变化时，自发极 化发生改变，从而释放出表面吸附的部分电荷。晶 体冷却时电荷极性与加热时相反。热释电材料是一 种压电材料，是不具有中心对称性的晶体
释电薄膜。
金属氧化பைடு நூலகம்陶瓷及薄膜材料
01
PT 材料
02
PZT 材料
03
PLT 材料
04
PLZT 材料
05
PCT 材料
06
PLCT 材料
热释电材料的应用
热释电红外传感器结构 示意图
随着红外技术的发展，热释电红外探测器、热释电 测温仪、热释电摄像仪等现在巳广泛应用于火焰探 测、环境污染监测、非接触式温度测量、夜视仪、 医疗诊断仪、红外光谱测量、激光参数测量、家电 自动控制、工业过程自动监控、安全警戒、红外摄 像、军事、遥感、航空航天空间技术等领域
热释电材料分类
单晶 材料
单晶材料如 TGS （硫酸三甘肽） 、DTGS （氘化的TGS）、CdS、 LiTaO3、LiNbO3、SBN（铌酸锶钡）、PGO（锗酸铅）、KTN（钽铌酸钾） 等，它们具有灵敏度高、稳定性好、可靠性高、频率响应特性好等特点。
高分子有机聚合物及复合材料如 PVF（聚氟乙烯）、PVDF（聚偏二
金属氧化物 陶瓷及薄膜
材料
酸铅）、PST（钽钪酸铅）、BST（钛酸锶钡）、PZNFT （ PbZrO3-Pb（NbFe）O3-PbTiO3）、PbTiO3、PbLaTiO3、 PbZrTiO3、PLZT 等。它们具有抗氧化、耐高温、耐潮湿、 抗辐射、变化材料配方可以改变性能、工艺简便、成本
低廉等特点。下面介绍了几种主要的铅基钙钛矿结构热
高分子有机 聚合物及复
合材料
氟乙烯）、P（VDF-TrFE）（偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物）、PVDF-PT （聚偏二氟乙烯与钛酸铅复合）、PVDF-PZT（聚偏二氟乙烯与锆钛酸 铅复合）、PT/ P（VDF-TrFE）、PVDF-TGS 等，高分子有机聚合物材
料具有可薄膜化、大面积化等特点。
金属氧化物陶瓷及薄膜材料如 ZnO、BaTiO3、PMN（镁铌
贝塞尔效应
1821年，德国物理学家赛贝尔（T.J Seebeck， 1780～1831）首先发现了“温差电”现象。他将铜 导线和秘导线连成一个闭合回路（中间未加任何电 源），然后用手握住结点，这样就使两结点之间产 生了温差，有趣的现象出现了，导线上居然产生了 电流。同样，用冷却结点的方法也可观察到这样的 现象。这就是“温差电”效应。这个现象发现后一 直到1834年，德国的帕耳帖（J.C.A. Peltier， 1785-1845）才发现了它的逆效应，即当有电流通 过回路时，结点处有温度的变化（我们知道结点处 电阻比较大,因而产生的热效应比较明显)。随后在 1840年和1842年，焦耳和楞次才分别发现了电流转 化为热的著名定律。
热释电材料的应用种类
具有热释电特性的材料有上千种，但广泛应用的不过十几种，主要 有硫酸三苷肽、锆钛酸铅镧、透明陶瓷和聚合物薄膜。热释电材料在工 业上可用作红外探测器件，热摄像管并在国防上有某些特殊用途。
其优点是不用低温冷却，但灵敏度比相应的半导体器件低
热释电效应
热释电效应指的是电介质的极化随温度改变的现象。设想一个单畴 化了的铁电体，其中极化的排列使靠近极化矢量两端的表面附近出现束 缚电荷。在热平衡状态，这些束缚电荷被来自体内的等量反号的自由电 荷所屏蔽，所以铁电体对外界并不显示电的作用。当温度改变时，极化 发生变化，原先的自由电荷不能再完全屏蔽束缚电荷，于是表面出现自 由电荷，它们在附近的空间形成电场，对带电微粒有吸引或排斥作用。 如果与外电路连接，则可在电路中观测到电流，升温和降温两种情况下 电流的方向相反