[发明专利]一种热释电材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及热释电材料，特指一种热释电材料及其制备方法，通过部分草酸盐工艺路线制备Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃（PMNT）陶瓷，低成本制备的PMNT陶瓷呈现出与热释电单晶相当或更加优良的热释电性能，克服了压电单晶生长困难、成本高、周期长的问题；使用低成本制备的PMNT陶瓷制作热释电探测器，可以提高热释电探测器的综合性能，有望在非制冷红外探测和成像器件方面获得应用。

背景技术

海湾战争以来，美国军方使用的红外焦平面列阵器件的夜视（成像）功能，惊动了国际红外科学界，引发了全球范围红外探测器件研制的迅猛发展；室温下使用的热释电器件作为一类重要的非制冷红外探测器，由于成本低、响应广、无需制冷、结构紧凑、使用方便，在军用、商用和民用的红外探测器中显示出重要的地位。

热释电材料是热释电探测器的核心元件，它的性能的优劣直接决定红外探测的效果。目前应用的热释电材料，钽酸锂（LT）热释电系数小、电容率低，不适合探测器阵列中的小面积探测器，且热扩散系数太大，难以提高热释电探测器的横向热时间常数；硫酸三甘氨酸（TGS）单晶容易水解，需要密封，且介电损耗较大、探测优值不高，居里温度较低（49℃左右），加工使用不方便；铌铁锆酸铅（PZ-FN）、改性钛酸铅（PT）等各种陶瓷材料的探测优值不高。

大尺寸、高质量的弛豫铁电单晶PMNT和Pb(Zn_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃（PZNT）的生长成功，是铁电领域50年来的“一次激动人心的突破”；PMNT、PZNT单晶的生长成功为开发材料新的物理性能、拓展和促进单晶的应用打下了坚实的基础；近年来，罗豪甦、方必军等发现PMNT、PZNT单晶具有较大的热释电系数和较高的热电探测优值，介电损耗小，热扩散系数小，化学性质稳定，有望在非制冷红外探测和成像器件方面获得应用；然而，由于弛豫铁电单晶的组成比较复杂，熔体析晶时存在钙钛矿与焦绿石两相的竞争，PbO的高温熔体对Pt坩埚会产生严重的腐蚀，PMNT和PZNT单晶性能最佳的准同型相界附近组成分凝、相变和畴变比较敏感，导致大尺寸的单晶难以制备；热释电材料的性能局限，限制了热释电探测器的使用范围，因此，需要开拓新思路低成本制备综合性能优异的新型热释电材料。

本发明通过部分草酸盐工艺路线制备PMNT陶瓷，抑制焦绿石相形成、增加陶瓷致密度、提高压电材料综合电学性能；低成本制备的PMNT陶瓷呈现出与热释电单晶PMNT、PZNT相当或更加优良的热释电性能，克服了压电单晶生长困难、成本高、周期长的问题；PMNT陶瓷的优良介电、热物理、热释电和力学性能，适用于制作热释电探测器，可以提高热释电探测器的综合性能，改善热释电探测器的制作工艺，有望在非制冷红外探测和成像器件方面获得应用。

发明内容

本发明通过部分草酸盐工艺路线制备PMNT陶瓷；采用电荷积分法测量PMNT陶瓷的热释电系数，测量介电性能、比热等与热释电应用相关的性能，综合分析评价低成本制备的PMNT陶瓷的热释电性能及其在红外探测器上的应用前景。结果表明，部分草酸盐工艺路线制备的PMNT陶瓷呈现良好的热释电性能，有望在红外探测和成像方面得到广泛的应用。

本发明的主要内容包括：

一种热释电材料，其特征在于：所述热释电材料的分子式为(1-x)Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-xPbTiO₃，x=0.2-0.8，电流响应优值F_i为419.1-899.5 pm/V，电压响应优值F_v为0.0160-0.0571 m²/C，探测优值F_d为2.80-16.92                                                Pa^-1/2。