[發(fā)明專利]一種熱釋電陶瓷材料及其制備方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201210580297.4 | 申請日： | 2012-12-27 |
| 公開（公告）號： | CN103011809A | 公開（公告）日： | 2013-04-03 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 郭少波;董顯林;王根水;姚春華;曹菲;楊冰冰 | 申請（專利權(quán)）人： | 中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所 |
| 主分類號： | C04B35/493 | 分類號： | C04B35/493;C04B35/622 |
| 代理公司： | 上海瀚橋?qū)＠硎聞?wù)所(普通合伙) 31261 | 代理人： | 曹芳玲 |
| 地址： | 200050 *** | 國省代碼： | 上海;31 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 熱釋電 陶瓷材料 及其 制備 方法 | ||
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種熱釋電陶瓷材料及其制備方法，屬于信息功能材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)
熱釋電效應(yīng)是指具有自發(fā)極化的材料在溫度變化后產(chǎn)生電荷的效應(yīng)，可直接用于紅外探測、熱-電能量轉(zhuǎn)換、熱焦耳應(yīng)用等方面，常用熱釋電材料涵蓋單晶、陶瓷、高分子等種類。通過熱釋電材料不同物理參數(shù)的組合可以獲得不同評價材料熱釋電性能的新參數(shù)，即所謂的優(yōu)值因子（Figure?of?Merit，F(xiàn)oM）。通常使用的優(yōu)值因子FoM如下：
1．電壓優(yōu)值因子：Fv=p/(cεε0)；
2．電流優(yōu)值因子：Fi=p/c；
3．探測度優(yōu)值因子：FD=p/c(εε0tanδ)1/2。
上述各式中p為材料的熱釋電系數(shù)，c為材料的體積熱容，ε為材料在使用頻率的相對介電常數(shù)，ε0為真空介電常數(shù)，tanδ為材料在使用頻率的介電損耗。Fv適用于探測元電容遠大于放大器電容的場合，即Cd＞＞CA；Fi適用于Cd＜＜CA的情況。若Cd與CA相差不大，用FD描述材料性能最為恰當(dāng)。總的來說，材料的熱釋電系數(shù)和介電性能對器件響應(yīng)有著至關(guān)重要的影響。
幾乎所有的商用熱釋電陶瓷材料都基于鈣鈦礦結(jié)構(gòu)陶瓷的改性，如鋯鈦酸鉛（Pb(ZrxTi1-x)O3，簡寫為PZT）基熱釋電陶瓷和鈦酸鉛（PbTiO3，簡寫為PT）基熱釋電陶瓷。S.T.Liu等人【文獻1：Ferroelectrics,3,281，1972】制備了摻La的PZT陶瓷，相比于其它材料，其熱釋電系數(shù)可提高到近18×10-8C·cm-2·K-1，遠高于純PZT陶瓷的值。商用熱釋電陶瓷材料典型的例子是由R.W.Whatmore等人開發(fā)的鋯鈦酸鉛-鈮鐵酸鉛（PZT-PFN）體系【專利1：US4869840A】，該材料是將將PFN引入PZT基體形成三元系，顯著改善了PZT陶瓷的綜合熱釋電性能和燒結(jié)性能。引入三元系并結(jié)合摻雜改性的PZT基熱釋電陶瓷配方還包括鋯鈦酸鉛-鈮鋅酸鉛（PZT-PZN）體系【專利2：US5141903】、鋯鈦酸鉛-鈮鎂酸鉛（PZT-PMN）體系【專利3：US6329656B1】、鋯鈦酸鉛-銻錳酸鉛（PZT-PMS）體系【專利4：CN1583665A】等。
Jankowska-Sumara和A.Osak等人報道了鋯鈦酸鉛-銻鎳酸鉛（PZT-PNS）陶瓷的壓電性能，結(jié)果顯示該三元系具有較低的介電損耗和良好的燒結(jié)性能【文獻2：Physica?B,404,3698,2009】、【文獻3：J.Electroceram.,25,168,2010】，然而上述文獻報道的體系組份結(jié)構(gòu)集中于準(zhǔn)同型相界MPB附近，在該處固溶體結(jié)構(gòu)為三方和四方晶相共存，能夠呈現(xiàn)出優(yōu)異的壓電性能，在壓電方面有良好的應(yīng)用前景。與此同時，上述文獻報道的PZT-PNS三元系也未見有其他離子的摻雜改性研究。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過調(diào)整鋯鈦酸鉛-銻鎳酸鉛（PZT-PNS）陶瓷的組份，使其室溫下的結(jié)構(gòu)處于單純的三方晶相區(qū)，同時采用錳離子摻雜改性，獲得了一種綜合性能較為優(yōu)異的熱釋電陶瓷材料，可望應(yīng)用于非制冷紅外熱釋電探測領(lǐng)域。
在此，一方面，本發(fā)明提供一種熱釋電陶瓷材料，具有如下組成通式：
其中：0≤x≤0.10，0.10≤y≤0.25，其中x和不同時為0。
所述熱釋電陶瓷材料的介電損耗小于0.02。所述熱釋電陶瓷材料的探測率優(yōu)值為(5.5～12.2)×10-5Pa-1/2。所述熱釋電陶瓷材料的熱釋電系數(shù)為(3.2～5.4)×10-8C/cm2·K。所述熱釋電陶瓷材料的電阻率為(0.5～5.5)×1011Ωcm。
所述熱釋電陶瓷材料在25℃和1kHz的測試頻率下極化后的介電常數(shù)為211～402。
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