《熱釋電陶瓷的應用》PPT課件

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1、熱釋電陶瓷0407401孫岳邱海龍武術張艷嬌熱電效應將兩根不同的金屬導線分別連接起來，一端加熱，一端冷卻，那么在導線中將產(chǎn)生電流。當電流流過兩根不同導線的兩個接頭時，則一個接頭放熱，另一個接頭吸熱。另外，在一段均勻的導線上，只要溫差存在，也會有電動勢發(fā)生。這些就是金屬的熱電效應。半導體受熱時，由于熱激發(fā)載流子增多，使其導電能力增大，電阻下降。如果兩種不同的半導體兩端相互連接成回路，當回路兩端保持溫度不同，在回路中就會產(chǎn)生一個電動勢。這種情況稱為半導體的熱電效應。熱釋電效應當一些晶體受熱時，在晶體兩端將會產(chǎn)生數(shù)量相等而符號相反的電荷，這種由于熱變化產(chǎn)生的電極化現(xiàn)象，被

2、稱為熱釋電效應。熱釋電效應在某些電解質(zhì)晶體中，不加外電場就存在電極化現(xiàn)象，且具有一定的極化強度，這種極化強度稱為自發(fā)極化強度，Ps為自發(fā)極化強度方向。具有自發(fā)極化的晶體，由于在晶體發(fā)生溫度變化時，就會產(chǎn)生熱釋電效應，因而稱為熱釋電晶體。Us=AeαdT/dt式中，Ae為電極面積，α是與晶體材料有關的常數(shù)。若在兩電極間接上負載Z，則負載中就有熱釋電電流通過，其大小為：Is=Aeα/Z·dT/dt=Aeρ·dT/dt(ρ＝α/Z為熱釋電系數(shù))由上式可知，Is只與熱釋電材料的溫度變化率有關，與溫度本身無關。熱釋電效應形成原理通常，晶體自發(fā)極化所產(chǎn)生的束縛電荷被來自空氣中附

3、著在晶體表面的自由電子所中和，其自發(fā)極化電矩不能表現(xiàn)出來。當溫度變化時，晶體結構中的正負電荷重心相對移位，自發(fā)極化發(fā)生變化，晶體表面就會產(chǎn)生電荷耗盡，電荷耗盡的狀況正比于極化程度。熱釋電陶瓷人們發(fā)現(xiàn)某些鐵電陶瓷經(jīng)過極化以后具有很好的熱釋電特性，例如鈦酸鉛陶瓷、鋯鈦酸鉛陶瓷（ＰＺＴ）等。熱釋電陶瓷的應用熱釋電陶瓷主要用于探測紅外輻射，遙測表面溫度和熱再生熱釋電熱機等方面。紅外輻射探測已廣泛地應用于工業(yè)和空間技術等輻射計、光譜儀、紅外激光探測、熱成像管、火山爆發(fā)預報以及地球資源的遙測等。隨著微機信息系統(tǒng)、控制系統(tǒng)的應用，熱釋電陶瓷用作治療、民用和安全防護等方面的傳感器。

4、這種傳感器在室溫下作為無角點溫度傳感器向微機、控制系統(tǒng)提供信號。如用做斷路器、富溫補償器、建筑物和電梯中使用的進出感應器、火災報警器、大氣環(huán)境監(jiān)測器、控測物體位置的感應元件、控測人體溫度分布的成像元件、有關物質(zhì)的紅外線輻射計數(shù)和溫度變化測定等元件。紅外探測器紅外探測器用于工業(yè)設備檢測和監(jiān)控、疾病早期診斷與醫(yī)療監(jiān)控、消防和海上救援用頭盔夜視儀、高速公路和銀行夜間安全監(jiān)視、森林火災預警、倉庫和重要物資的夜間監(jiān)控與保衛(wèi)、執(zhí)法輯毒和生活小區(qū)防范等領域。紅外傳感器熱釋電傳感器由陶瓷氧化物或壓電晶體元件組成，元件兩個表面做成電極，當傳感器監(jiān)測范圍內(nèi)溫度有ΔT的變化時，熱釋電效應

5、會在兩個電極上會產(chǎn)生電荷ΔQ，即在兩電極之間產(chǎn)生一微弱電壓ΔV。由于它的輸出阻抗極高，所以傳感器中有一個場效應管進行阻抗變換。熱釋電效應所產(chǎn)生的電荷ΔQ會跟空氣中的離子所結合而消失，當環(huán)境溫度穩(wěn)定不變時，ΔT=0，傳感器無輸出。當人體進入檢測區(qū)時，因人體溫度與環(huán)境溫度有差別，產(chǎn)生ΔT，則有信號輸出；若人體進入檢測區(qū)后不動，則溫度沒有變化，傳感器也沒有輸出，所以這種傳感器能檢測人體或者動物的活動。紅外傳感器傳感器主要有外殼、濾光片、熱釋電元件PZT、場效應管FET等組成。其中，濾光片設置在窗口處，組成紅外線通過的窗口。濾光片為6mm多層膜干涉濾光片，對太陽光和熒光燈光

6、的短波長（約5mm以下）可很好濾除。熱釋電元件PZT將波長在8mm~12mm之間的紅外信號的微弱變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，為了只對人體的紅外輻射敏感，在它的輻射照面通常覆蓋有特殊的菲涅耳濾光片，使環(huán)境的干擾受到明顯的抑制作用。紅外傳感器菲涅耳透鏡把紅外光線分成可見區(qū)和盲區(qū)，同時又有聚焦的作用，使熱釋電人體紅外傳感器(PIR)靈敏度大大增加。菲涅耳透鏡作用一是聚焦作用，將熱釋的紅外信號折射（反射）在PIR上；二是將檢測區(qū)內(nèi)分為若干個明區(qū)和暗區(qū)，使進入檢測區(qū)的移動物體能以溫度變化的形式在PIR上產(chǎn)生變化熱釋紅外信號，這樣PIR就能產(chǎn)生變化電信號。中國熱釋電材料的制作情況熱釋電材

7、料是紅外探測器的關鍵敏感元材料。上海硅酸鹽研究所已開發(fā)出一系列具有自主知識產(chǎn)權的熱釋電陶瓷材料產(chǎn)品，曾向國內(nèi)有關用戶批量提供熱釋電陶瓷材料，有關器件水平達到或超過日本同類產(chǎn)品的水平。高電阻率PZT陶瓷材料低電阻率PZT陶瓷材料熱釋電系數(shù)(C/cm?.k)4.5?10-83.5?10-8相對介電常數(shù)?300210介質(zhì)損耗5?10-3<1%電阻率(?.cm)?10?10121.2?1011部分熱釋電陶瓷材料性能熱釋電陶瓷的未來熱電成象器件目前，熱釋電也可制成探測器陣列，已有320?240像敏元的熱釋電熱成象系統(tǒng)上市，主要用于紅外攝像機。另一類熱電探測器是碲鎘汞（CM