PZT基陶瓷的熱釋電效應與性能研究.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器對PZT系列陶瓷提出了新要求:在靠近室溫的較寬溫度范圍內,熱釋電系數(shù)高且穩(wěn)定、介電常數(shù)與損耗低、探測率優(yōu)值大。
　　富鋯型 PZT系列陶瓷因 FRL-FRH相變時產(chǎn)生很高的熱釋電系數(shù)而引起研究人員的廣泛關注。本文首先通過鋯鈦比的調整,觀測 PZT基陶瓷的FRL-F

2、RH相變特性。結果發(fā)現(xiàn):鋯鈦比為95/5和93.5/6.5時,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(分別達到9.7×10-8C/cm2℃和7.8×10-8C/cm2℃);鋯鈦比為90/10和87.5/12.5時,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。在上述研究基礎上,為滿足紅外探測器高靈敏度、寬工作溫區(qū)的要求,分別進行了以下兩方面的研究:

3、
　　一方面對鋯鈦比為90/10的PZT基陶瓷摻雜改性,試圖在原溫區(qū)范圍內整體提高其熱釋電系數(shù)。結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,探測率優(yōu)值因而也增大。K2CO3摻雜量為0.5At％時探測率優(yōu)值達到最大(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,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量則可能會

4、導致介電性能的惡化,探測率優(yōu)值也受到影響。當MnO2摻雜量為1.5At％,Sb2O3摻雜量為0.5At％時,熱釋電系數(shù)(平均6×10-8C/cm2℃左右)和探測率優(yōu)值(6.3×10-5Pa-1/2左右)均達到最大。
　　另一方面,選擇鋯鈦比為95/5和93.5/6.5的PZT基陶瓷進行FRL-FRH相變復合研究,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)范圍內很高。結果表明適當?shù)膹秃蠠Y,可以實現(xiàn)多組份共存狀態(tài),達到