热释电材料及其应用

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热释电材料及其应用 12S011029 王文瀚 1 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 10 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： -2-1 PT cm K 其中为极化强度，为温度，其单位为。热释电系数符号通常是 IRE 相对于晶体压电轴的符号定义的。按照标准的规定，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。 () 在均匀受热冷却的前提下，根据实验过程中的机械边界条件可将热释电效 () 应分为两类。如果样品受到夹持应变恒定，则热释电效应仅来源于温度改变造