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1、热释电陶瓷0407401孙岳邱海龙武术张艳娇热电效应将将两根不同的金属导线分别连接两根不同的金属导线分别连接起来，一端加热，一端冷却，那么起来，一端加热，一端冷却，那么在导线中将产生电流。当电流流过在导线中将产生电流。当电流流过两根不同导线的两个接头时，则一两根不同导线的两个接头时，则一个接头放热，另一个接头吸热。另个接头放热，另一个接头吸热。另外，在一段均匀的导线上，只要温外，在一段均匀的导线上，只要温差存在，也会有电动势发生。这些差存在，也会有电动势发生。这些就是金属的热电效应。就是金属的热电效应。半半导体受热时，由于热激发载流导体受热时，由于热激发载流子增多，使其导电能力增大，电阻子增多
2、，使其导电能力增大，电阻下降。如果两种不同的半导体两端下降。如果两种不同的半导体两端相互连接成回路，当回路两端保持相互连接成回路，当回路两端保持温度不同，在回路中就会产生一个温度不同，在回路中就会产生一个电动势。这种情况称为半导体的热电动势。这种情况称为半导体的热电效应。电效应。热释电效应当一些晶体受热时，在晶体两端将会产生数量相等而符号相反的电荷，这种由于热变化产生的电极化现象，被称为热释电效应。热释电效应热释电效应 在某些电解质晶体中，不加外电场就存在电极化现象，且具有一定的极化强度，这种极化强度称为自发极化强度，Ps为自发极化强度方向。具有自发极化的晶体，由于在晶体发生温度变化时，就会产
3、生热释电效应，因而称为热释电晶体。Us=AedT/dtdT/dt 式中，Ae为电极面积，是与晶体材料有关的常数。若在两电极间接上负载Z，则负载中就有热释电电流通过，其大小为：I Is s=Ae/Z/Z dT/dt=dT/dt=Ae dT/dtdT/dt (/Z为热释电系数)由上式可知，Is只与热释电材料的温度变化率有关，与温度本身无关。热释电效效应形成原理形成原理通常，晶体自发极化所产生的束缚电荷被来自空气中附着在晶体表面的自由电子所中和，其自发极化电矩不能表现出来。当温度变化时，晶体结构中的正负电荷重心相对移位，自发极化发生变化，晶体表面就会产生电荷耗尽，电荷耗尽的状况正比于极化程度。热释电
4、陶瓷热释电陶瓷n n人们发现某些铁电陶瓷经过极化以后具有很好的热释电特性，例如钛酸铅陶瓷、锆钛酸铅陶瓷（）等。热释电陶瓷的应用热释电陶瓷的应用n n热释电陶瓷主要用于探测红外辐射，遥测表面温度和热再生热释电热机等方热释电陶瓷主要用于探测红外辐射，遥测表面温度和热再生热释电热机等方面。红外辐射探测已广泛地应用于工业和空间技术等辐射计、光谱仪、红外面。红外辐射探测已广泛地应用于工业和空间技术等辐射计、光谱仪、红外激光探测、热成像管、火山爆发预报以及地球资源的遥测等。随着微机信息激光探测、热成像管、火山爆发预报以及地球资源的遥测等。随着微机信息系统、控制系统的应用，热释电陶瓷用作治疗、民用和安全防护
5、等方面的传系统、控制系统的应用，热释电陶瓷用作治疗、民用和安全防护等方面的传感器。这种传感器在室温下作为无角点温度传感器向微机、控制系统提供信感器。这种传感器在室温下作为无角点温度传感器向微机、控制系统提供信号。如用做断路器、富温补偿器、建筑物和电梯中使用的进出感应器、火灾号。如用做断路器、富温补偿器、建筑物和电梯中使用的进出感应器、火灾报警器、大气环境监测器、控测物体位置的感应元件、控测人体温度分布的报警器、大气环境监测器、控测物体位置的感应元件、控测人体温度分布的成像元件、有关物质的红外线辐射计数和温度变化测定等元件。成像元件、有关物质的红外线辐射计数和温度变化测定等元件。红外探测器红外探
6、测器 红外探测器用于工业设备检测和监控、疾病早期诊断与医疗监控、消防和海上救援用头盔夜视仪、高速公路和银行夜间安全监视、森林火灾预警、仓库和重要物资的夜间监控与保卫、执法辑毒和生活小区防范等领域。红外传感器热释电传感器由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成，热释电传感器由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成，元件两个表面做成电极，当传感器监测范围内温度有元件两个表面做成电极，当传感器监测范围内温度有TT的变化时，热释电效应会在两个电极上会产生电荷的变化时，热释电效应会在两个电极上会产生电荷QQ，即在两电极之间产生一微弱电压，即在两电极之间产生一微弱电压VV。由于它的。由于它的输出阻抗极高，所以传感器中有一个场
7、效应管进行阻输出阻抗极高，所以传感器中有一个场效应管进行阻抗变换。热释电效应所产生的电荷抗变换。热释电效应所产生的电荷QQ会跟空气中的离会跟空气中的离子所结合而消失，当环境温度稳定不变时，子所结合而消失，当环境温度稳定不变时，T=0T=0，传感器无输出。当人体进入检测区时，因人体温度与传感器无输出。当人体进入检测区时，因人体温度与环境温度有差别，产生环境温度有差别，产生TT，则有信号输出；若人体进，则有信号输出；若人体进入检测区后不动，则温度没有变化，传感器也没有输入检测区后不动，则温度没有变化，传感器也没有输出，所以这种传感器能检测人体或者动物的活动。出，所以这种传感器能检测人体或者动物的活
8、动。红外外传感器感器传感器主要有外壳、滤光片、热释电元件PZT、场效应管FET等组成。其中，滤光片设置在窗口处，组成红外线通过的窗口。滤光片为6mm多层膜干涉滤光片，对太阳光和荧光灯光的短波长（约5mm以下）可很好滤除。热释电元件PZT将波长在8mm12mm之间的红外信号的微弱变化转变为电信号，为了只对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲涅耳滤光片，使环境的干扰受到明显的抑制作用。红外传感器菲涅耳透镜把红外光线分成菲涅耳透镜把红外光线分成可见区和盲区，同时又有聚可见区和盲区，同时又有聚焦的作用，使热释电人体红焦的作用，使热释电人体红外传感器外传感器(PIR)(PIR)灵敏度大大
9、灵敏度大大增加。菲涅耳透镜作用一是增加。菲涅耳透镜作用一是聚焦作用，将热释的红外信聚焦作用，将热释的红外信号折射（反射）在号折射（反射）在PIRPIR上；二上；二是将检测区内分为若干个明是将检测区内分为若干个明区和暗区，使进入检测区的区和暗区，使进入检测区的移动物体能以温度变化的形移动物体能以温度变化的形式在式在PIRPIR上产生变化热释红外上产生变化热释红外信号，这样信号，这样PIRPIR就能产生变化就能产生变化电信号。电信号。中国热释电材料的制作情况 热释电材料是红外探测器的关键敏感元材料。上海硅酸盐研究所已开发出一系列具有自主知识产权的热释电陶瓷材料产品，曾向国内有关用户批量提供热释电陶
10、瓷材料，有关器件水平达到或超过日本同类产品的水平。高电阻率高电阻率PZTPZT陶瓷材料陶瓷材料低电阻率低电阻率PZTPZT陶瓷材料陶瓷材料 热释电系数热释电系数(C/cm.k)(C/cm.k)4.54.5 1010-8-83.53.5 1010-8-8 相对介电常数相对介电常数 300300210210介质损耗介质损耗 5 5 1010-3-31%1%电阻率电阻率(.cm).cm)1010 101012121.21.2 10101111部分热释电陶瓷材料性能部分热释电陶瓷材料性能 热释电陶瓷的未来热释电陶瓷的未来 热电成象器件热电成象器件 目前，热释电也可制成探测器阵列，已有320240像敏元的热释电热成象系统上市，主要用于红外摄像机。另一类热电探测器是碲镉汞（CMT）器件，这也是一种热成象器件，可以单元使用，也可以线阵或面阵使用，具有极高的灵敏度，已成功的应用在我国风云一号和风云二号卫星上。但碲镉汞（CMT）器件使用时一定要制冷，一般采用半导体制冷。Thank you!