热释电材料及其应用.pdf

维普资讯 http:/ P Z T P V D F 具有较好的熟释电性 能 这种材料在宣沮至 I O 0 C 的 温 区 内具 有 相 当好 的 应 用前 景 “此 外 LB膜 的 热 释 电性 也 见 报道。LB膜 经 极 性 分 子 组 装 后，#超薄性导致膜的熬质彳 匣 低 介电损耗小 可能是一种对红 外 光 快 响应 的热 释 电材 料。对 单 质 的、分子 内具 有 电子 给体 和 受 体 的 双 亲 性 分 子，通 过 L B 方 法，可 以组 装 同 高 分子 红 外 搽 涮 器 相 当 的 热 释 电红 外探 测 器。同时 利 用 LB脚I 的 超 薄性 可 以实 现 快 响 应 的 热释 电红 外 探 测 器 和 熬 释 电 熬像 仪 的 分 子 组装，进 而 获得 快 崎 应 的 红 外 电视 摄 像 机 _ L B技 术 问 世 以 来 在分 子 水 平 上组 装功 能有机超薄膜材料 已受到了极大 的关注。金 属氧化物陶瓷热释 电材料 不易湘解 能通过谭 整化学计 t 比、掺 杂 和对 材 料 截 结构 进 行 控 制 等 在 很 宽 的 范 匿 内调 整居 里 温度 和 热释 电性 能 因 此倍 受 关 注 初期 研 究 的金 属 氧 化物 陶 瓷热 释 电 材料 以 各 种 掺 杂 改性 的 p b Z r O 一 P b Ti O,(P ZT)二元 系 为 主。p b Z r OrP b Ti O 同 藩 体 系 Zr Ti 6 5 1 5的 帙 电一 铁 电 相 变 材料 具 有很 大 的 热 释 电 系 数 相对 介 电 常 数 在 Z O O 5 0 0之 间，且 相变 前 后 自发 极 化方 向不 变 仅是 数 值改 变 介 电 常数 的 变 化 也 不 大 因此 非 常 适 台 作 热 释 电 材料 但缺 点 是 其 相变 温度 高子室沮 且为一级相变 存在热带 导致熟释电响应的非线性 pb Z r O 一 Pb(Nb F e)OI Pb Ti O3 P Z NFT)等 三 元 系 为 主 掺 杂改 性 的陶 瓷 熬释 电 材料 祷 加 旨铅 的第 三 组 元 P b(Nb Fe)o，、P b (Ta S c)03等，使 相 变 沮度 降 到 室 温 掺 入高 价 离子 化台 物(如 Nb 0 等)或 采 用 加偏 置 电场 的 方 法使 热 滞 减 少 热释 电响 应 在 彳 匣 宽 的温 度 范 围 内保 持 良好 的 蛾 性 熬释 电性 能 弭 到 改 善 J 采用 以 pZ NFT 三元 系为 基 掺 杂 改 性 的、具有 高 热 释 电系 数、适 当介 电常 教及 低 介 电报 耗 的 陶 瓷 熬 释 电材 料 制 备 的 一 系 列 小 面 积热 释 电红外 探 测 器 具 有 较 高 的 探 测车。诚 类 材料 有 望 在非 致 冷红 外 焦平 面 阵列 热像 仪 中获 弭 应 用 1”对 Pz T 和 PT 冉 瓷 的热释 电效应 与晶格参数的关系研究表 明，冉瓷材料 的熟释 电 暮 投 的大 小 与 晶 格参 数 随温 度 变 化 的情 形 有 关。c轴 及 c a值 随 温度变化大的材料，热释 电系数较高n 。在 P Z T、P L T、P L Z T 中掺入适量的受主杂质(如 c r、F e、C o、Mn、Mg、Z n等)或变 价 杂 质 可 提 高 材料 的热 释 电性 能 l”】。由子 BS T、P LZ T 等 系 列热 释 电一 铁 电材料 的 自发 极 化和 热 释 电 系数 一 般 都 很 大，且 自发 穰化可 受 外 电场 控 制 采 用 遗类 材料 棚 作的 性 能 优 怠的 探 测 器 能挥 测 l o 的 温 度变 化，且 光谱 响 应 无 波 长 选 择 性 无需 致 冷 可 在 室温 下 工 作 正好 朴偿 丁光 子 探 测 嚣 的 低 温 工 作、频率 选 择 的致 命 弱 点 因 此 目前这 类 材 料是 室温 探 测 器 和 热 成像 器 件的 首选 材料 _ 金 疆 氧 化物薄 膜 热释 电材 料 体 积 比热 小，有 助 予 提 高 热 释 衰 1 热释电村辩 的性螗 居里沮蛊 热释电材料 相对升电常教 舟电损耗 J3KL 1 0 C c n l K一 1 0 1 0 C J 一 l O C J 一 1 丁GSi f t DTGS I 】ATGSP】6 2 ATGSA 】L I T,O3 单晶 I 1 3 2 2 3 L i Nb O3 s B N单晶 1 l】5 6 K r N单晶 H KTN薄 腆 钍】1 4 1 2 1 3 2 3 1 5 Z O尊胰|】P S F薄胰 圳 0 0 0 6 4 2 3 1 6 PS T m l O O l 2 7 0 BS T t 一 5 0 00 2 5 5 3 5 0 一 B*TiO l(2”一 1 6 0 2 0 一 P h T L O 蔫 蔗 圳 一 9 2 l 5 7 3 2 1 2 7 3 6 0 1 3 0 似 P L T5薄膜 1”一 一 一 1 8 0 一 P L TI O薄膜 1 r _ 一 一 一 3 0 6 一 P b Ti O3 薄胰 I|_ 一 1 5 一 2 9 0 0 7 4 P L T5薄胰 t 】一 1 8 O 一 3 3 m 7 9 P LT 1 0薄膜 1 I 一 2 0 0 一 4 5 4 1 0 0 P L r 1 5 薄膜 1 一 2 1 0 一 5 Z 5 1 1 3 P Z T陶瓷 2 0 0 3 8 0 一 1 8 一 P MZ T尊胰 t s J 一 8 0 0 1 0 一 P CZ T囊瓷 1 s】一 5 2 1 一 2 一 P Z NF T陶瓷 I 一 2 6 0 一 4 4 1 2 4 P Z NF T陶瓷【l】2 2 0 2 9 0 2 5 3 8 一 一 P Z NFI S r陶瓷【1 1】2 Z 0 3 2 0 r 0，0 0 5 2 5 5 1 一 PZ mS T自 t l”一 5 0 0 7 Z 一 一 P L Z T陶瓷 一 3 8 l 2 9 0 3 一 P LZ T薄膜【3 4 6 1 9 3 0 0 1 3 l 3 2 8 2 1 3 1 6 pVF 1 2 0 1 1 0 2 4 一 一 PVDF*I 8 O 1 2 O 2 7 一 一 PVDF pZTt e 2 一 1 4 一 一 P VDF Tr F E 复台腹n 一 l 0 0 0 1 8 4 0 4 3 一 一 PT P复(合VD蔗F-qTr FE)1 2 0 O 1 7 5 O 6 2 电红 外 探 器的 响应 速 度、员 敏 度 和 集 成 度 因此，对薄 膜 热 释 电材料 的研宽 比冉 瓷和单晶更 受到 重视热释 电一 铁 电薄脚 I 更成为制作薄膜塑 热释 电红外探涮器的首选 材料 早期被应用 电子元件与材料2 0 0 0年 l 2月 于热 释 电红 外 探 测 器 的薄 膜 材 料是 铅 基 钙 钛 矿铁 电薄 膜 材料，如 P b Ti O，PLT 和 PZ T当 沉 积 的 薄膜 具 有 取 向性 时，可 获 珥 更好 的 燕释 电性 髓 研究 衰 明 在 村 底 与 薄 膜 之 间 采 用适 当 2 7 维普资讯 http:/ 的过 谜 层 沉 积的 薄 膜 具 有 更 好 的 取 向性-薄 膜 的 热释 电性 能 可 获 得很 大 改 善”】PLT 热释 电薄 膜 随 的 掺 量 增 加 一 居 里 沮 度 降 低，热 释 电系 数 显 著增 大 ”_ l 1 含徽 量 z r的 P LZT 铁 电薄 膜可 比相应 的 P L T薄 膜有 更好 的热释 电性能L l I _川髓 着 功能器件 向小型 化、集 戚化方 向发展 薄膜材料制备工 艺厦 其 性 能 的 广泛 深 入 研 究 薄 膜 的 热 释 电性 能厦 在 红 外 探 测 器上 的 应 用 巳戚 为 国 际 上 材 料研 究 的 热点 之 一 伽 表 1列 出 了 各 种 热 释 电 材料 的 性 能 2材 料 的 应 用 热 释 电效 应 的发 现 虽 然 很早，但 热释 电材 料 的 应 用开 发 却 根 迟 直 到 z O世 纪 7 0年 代 中斯 碹 着 红 外 技 术 的发 展 一在红 外探测器中才得到重要 的应用热释 电红 外探 剽器、热释 电测 温仪、热释 电摄 像 仪 等 现 在 巳广泛 应 用 于 火 焰探 测、环 境 污 监测、非接 触 式 温 度 测量、夜 视 仪、红 外 测 厚 计 与 水 分计、医 疗 诊 断 仪、红 外 光 谱 测 、激 光 参 数 测 量、寡 电 自动 控捌、工 业 过 程 自动 监 控、安 垒 警 戒、红 外 摄 像、军 事、蘧 感、航 空 航 天 空 可技 术 等 领 域”而 碹 着 徽 电子 机 械 技 术 和集 成铁 电学 的 发 展 薄膜 型 热 释 电红外 探 测 器阵 列 和 焦 平 面 阵 列 巳探 受 人 们 的 关注 热 释 电单 片 式红 外 焦平 面 阵 列 和 混 合 式非 致 冷 红 外 焦 平 面 阵列 产 品 巳进 入 商 品和 军 品 顿 域L 碹 着 非 致 冷 红 外 焦 平 面 阵 列技 术 日益 广泛 地 应 用 于 军 品 和 民 品各 十 相 关 领 域 一 热 释 电材料在红外探 测领域必将发挥越来越大 的作用，并从根车上 改 变 耳前 红 外 光 电子 学 的 面 貌 表 2列 出 了 部 分 热 释 电 传 感 器、探 测 器 的性 能 衰 2 热释电传礤器 探测器的性麓 有效墟长范圈 电压响应幸 探 夏蕾度 时 问常缸 工作温度范田 量温度 范围 t麝元|料 1 o l H E，I W t Li Ta O L i Ta O3 单晶 一l O O+1 2 0 0 TGS单 晶 。”TGS单晶1 1 e J 乜 瞌 粤 t 5 5 O 1 0 0 0 0 5 3 S BN!I 4 0 4 0 P GO：O 7 l 4 P T_ 瓷 ”PZ T1 uJ 7 1 4 2 O +7 0 pZ NFTS I E l 1 1 O 2 7 O 3 p ZNFTS I 1 1 z 4 1 6 a 6 P VFt 5】一蛐+8 0 8 O +1 5 0 3结 论 采 用具 有 低 电学 噪 声 特 性、优 异 的撩 率 特 性 的 热 释 电材料 制 作 的 具有 优 异性 能 的 热 释 电红 外 撵 测 器 和 热 释 电 铁 电非 致 冷 红 外 焦平 面 阵 列 探 测 范 茸 竟 可 在 室 温 下工 作 戚本 低，易 于 小 型 化，易 于推 广 应 用，正好 朴偿 了光 量 子 探 测 器 丑其 红外 焦 平 面 阵列 探 测 花 围主 要 在近、中红 外 波段 必 须配 备 制 降设 备 价格 昂贵，戚牢高 难 于实现系统进一步的小型化和大批 量 应 用 等 不 足 之 处 因此 可 以 设 想 碹 着 热释 电材 料、热 释 电一 铁 电非 致 冷 红 外 焦 平 面 阵 列、室 温 探 测 器和 热 戚 像 器 件 的 进 一 步 研 究 开发 与 进 展 一 热 释 电 材料 丑 其 应 用 器 件将 台 有 广 闻 的 市 场 参 考 文 献 I 车景镶，霄镶培 沈文坛热释电摹救及其精 璃测量方法 J 物理 1 9 8 4 1 3(7)#4 0 7 z 孙京君，非致玲红外焦平面阵列技术 口，传感嚣世界 2 0 0 0 6(2)：1-9 3 羽正飞 热释电红井探谢 鼍的庳【理与特性 J 物理，1 9 8 7 1 8 (6)3 5 7 4 孙锕 一王昆 史伟，等 掺尿素的 TG S晶体的生长盈性 质研究 口，功能材料，2 0 0 0 3 1 t 1)l 6 3 6 5 5 房昌术，王昆 卓洪升等 掺备改性 TGS晶体的研究 J 硅酸盐学 报1 9 9 2 z 0(z)#I 3 8 1 4 2，6 王讨铎 一恢春林 一丁维 华光物理研究中的薄膜热释电探 器 I 传感器技术 1 9 9 8 1 7(z)l 1 5 1 8 7 车鱼华 聿坤 琼燕，等 FUP(V DF Tr F E)，多孔氧化硅村 底热释电传蓐嚣研制 J 功能材瓣与器 件学报，1 9 9 8，4(I)：1 9-2 3，8 纬小平，张量董 一撬熹 等 热释电复 台材料 P z T P V D F的舟 电性 与热释 电性 口西安交通大学学报1 9 9 8 3 0(z)；1 4-2 8 l 9 g 枥钧，王融一王卉一等 L,a n g mu i f B l o d g e t t 方法分子组装红井热 释 电探 嚣鼍的 实验研究 I 科学通报 i 9 9 2，3 7(1 2)l 1 1 4 4 1 1 4 6 1 o 棣敢，倪宏伟-现代功能冉瓷 D d 北京。国防工业出版社，l 9 9 8 3 7 5 2 1 1 荆璃斌 一林盛卫，翠凤，等 高性能 P Z NF SI 冉瓷热释电 材料与小面积红井探 器的研f-I 口无机材辩学掇 1 9 9 3，8 (4)l 4 61 4 6 5 1 z 刘璃赋一林盛卫，翠凤，等，红外熊平面 阵列热戚像用冉 瓷 热释电|科的研 制 口，硅酸盐学撮，1 9 9 5，2 3t 3)，3 2 7 3 3 0 1 孙大 志一翟翠凤 盘靖华 等 P Z T和 P T一 瓷的热释电效应 与 晶恬参数的 关粟 口，无机材料学撮，i 9 9 7 1 2 t 5)：7 1 5 7 I 8 1 4 忡维科，拄 电体物理学 M 北京；科学 出腹社 1 9 9 8 4 3 0 5 3 3 I 5 刘芸，张良莹一 姚熹 钛畦铅粟薄膜的热释电性能及其应用 口 压 电与声光1 9 9 8 1 8(3)l l 9 4 2 0 0 1 8T s e n g Yu n g k u a n，L i u Ku o s h u n g J i a n g J ie n d e r a l I n flu e n c e o f b u f f e r ma t e fia h o n t he p y r。c l e c t r 1 c p r o p e r ti e s o f(P b o 9 h 0 i)TiO,t h i n f i l ms J J p n J Ap p l P h y s 1 9 9 8 3 7 I 6 5 5 Z 一 8 5 8 5 1 7 T s e n g Yu n g k u a n，Li u Ku o s h u n g，J E J a n d e r，d 口 Py o e l e 州 c p r o p e r ti e s o f f Pb l I，)Tt O s t h i n f i l ms d e p i l e d u s l n g S r R u O b u f f e r l a e r口Ap p l P h y s L e t t 1 9 9 8 7 2(Z 5)3 28 5 9 2 8 7 1 8 羽梅冬 一酥宴一曹亦可，等，怡基钙钍矿结构拄 电薄膜的舟电 及热释 电性 能研究 J 功能|料，2 0 0 0 3 1(I)，1 0 0-1 0 1 I 们 Ma f u m i Ko h u n e S a t o s b i F u j l 1 R y o i c h i Ta k a y a ma d (下转 第 3 0贾)ELEC TRON I C COM PO NENT S M AT ER I AL S Vo 1 1 9 No 6 维普资讯 http:/ 生 物 芯 片的 主要类 型 与 功能 是(1)分子 与 生 物 分 子 电子 器 件 可作 分 于 开 关、分 于 导 线、分 子 存 储 器、能 量 转 换 器等(2)生 物 撩 蔼 分 析 徽 苍 片 基 因芯 片、免 疫 阵列 传 感 器、芯 片 电竦以丑其他阵列型 徽芯 片 生 产 芯 片 的 优点 有 一(1)采 用 丁 平面 散 细 加工 技 术 可实 现大 批 t 生 产，通 过 提高 集 成度，降 征单 十 芯 片 的 成奉(2)可 组装 大 量 的 生物 分 于 探 针，获 碍 信息 量大 效率 高，特 别 适 合 于 基 因 信 息 的 采集(3)结 台散 机 械 技 术 可把 生 产样 品的 预 处理 基 因物 质 的 提 取、扩 增 以豆 杂 交 后 的信 息幢 测 集 成 为 芯 片 实验 室 制 备 成 散型、全 自动 化、无 污 染、可 用 于 徽 量试 样捡 蔼 的 高 度 集 成 的 智 能 化 生 绚芯 片 3分 子 电 脑 目前 作 为 计 算 机 棱 心 元 件 的 集 成 电路 的制 造 工 艺 巳接 近 理 论 极 服 现 有 的计 算 机 的 运算 速 度 和 能力 巳经 不 船 满足 实 际 的需要 有许多科学家早就藕料到 目前的状况，从 8 0 年代起就 着手 研 究 蕈 代 计 算 机 分 于 计 算 机 开 发 分 于 电胁 的 目标是 像 人 脑 郭 样_ 耳有 学 习、记忆、推理 和 恩 雏 的 能力 如 果 分 于 电脑 开发 成 功 人工 智 能 的发 展 可 望 大 步 前 进 生物分于 电脑的特点有，(1)体 积 小 存 储窖 量 大 可 组 装 成 三 雏 器 件 可 稳定 保 存数据 由于一十蛋白质分于就能构成一十开关，芯片中的线 宽 可 能 达 到 1 0 叫m，水 平，因此 其集 成度 比 硅集 成 电路 高 出 1 0万倍 在理论 上可存储 1 0G字节，相当于可存储 5 O O D 亿十 汉字的信息量 即使断 电时 仍然可穗定保存数据 (2)具有 自我组织、自我复啊等再生能力 可辜性高由 于 蛋 白质 本身 具 有 自我复 制 功 妪 由蛋 白 质制 成 的 芯 片即 使 出 现 故 障 也 船 自我 售 复 从而 提 高 芯 片的 可 靠 性 (3)其 有阻 抗 性、耗 能 低、功 效 高、非扩 献 性 和 非 发 热性 的特点 由于生物 分于芯 片是利 用化学反应进行工 作的 它 只 需 授 少 的 船 量 即 可进 行工 作 因此，它 不 发 热 具 有 耗 船 溉、功 散 高 的 特 点。(4)速度快，可 大幅度提高运算速度和信息处理 能力，大 大 节 省 运 算 时 问 由 于 分 于逻 辑 元 件 的 开 关速 度 比 目 前 硅 逻 辑元 件高 1 0 0 0倍 同时 生铀分于 电胁具有井行处理信息的功 能 因此，可 大 大 提 高 电脑 的 运 算速 度 和 信息 处 理 的 能力 其 运 算 时 闾仅 为 硅 集 或 电路 计 算 机 的万 分 之 一 (5)与 生 物 体 同 质，具 有 生物 活 性可 埋 人体 内 能与 人 体 的组 织结 台 在 一 起成 为人 体 的 器 官 井 可 作 为 人 脑 的 自然外 延 (6)可制 成分 于 机 器未 来 的 分 于 机 器 将是 一 种 旨有 分 于 计 算机 的、可 人 机 对 话 的、有 自我 复 村 能力 的纳 米装 置 第 一 代分于机器是生物系统和机械 系统的有机结 合体 第二代分于 机 器 是 能 直接 以厦 于、分 于 装 配成 鼻 有 一 定功 船 的纳 米 装 置。第 三 代 分 子 机 器将 是 旨有 纳 朱 电 胁 的 可 人机 对 话 的 井 _ 耳有 自 我 复 制 能力 的纳 朱 装 置 4应 用(1)利 用 具 有 自我复 制 能力 的分 于 机 器 人 可 人机 对 话 井 能在 1 s内完或教十亿十操 作动作 可在几秽 内完戚现在几天 才 能完 成 的工 作 (2)利用分子机器人可在血灌 中循环 可对 身体 馨郝们进 行检测、诊断和实施特殊治疗 可倒作各种复 杂的仿生系统，如 摸 仿人 的视 觉、味 觉、嗅 觉 和 听 觉 等 将 生 物 芯 片 置人 人 体 内 可使盲人置见光 明、使聋 哑人说话、使瘫瘿 人行走 4 3)利 用 蛋 白质生 物 图像 传 感 器 可 怍工 业 机 器 的 图 像 传感器和光学计算机的信号处理器 (4)可 高是 域度 蔼 定 散 生 物 污 染 茬度。利 用 由大 蛋 白 质分 于 制成 灵 敏 度 高 达 l O 叫 的 人 工 嗅 觉 器官 进 行 探 蔼。(s)利 用生 袖 分 于 器 件 与 专 家 系毵 相 结 合 在 化学 和生 物 战荆的联合侦捡中将获 得广泛应用 (6)和用分于军用遥控机器人 可 创造 出垒瓶的作战手段 利用 昆虫作平 台把分于机器人檀人 昆虫的神经系坑 中 控 制 昆 虫 飞 向 敌方 收 囊 情 报 参考文献 _ 1 An 叽、丹于计算技术实飞猛进 参考诮息 2 0 0 0 0 4 1 3 C 2 方茸民。蓝基因 超级 计算机 口世界科学，2 0 0 0 f 3)。4 6 3 王乃粒 分于机嚣并非幻息 J 世界科学，2 0 0 0，(1 2 0 C 4 3 中国国防科技信息中心、Z O 2 O年的武 器 M、北京 謦技军出 盏社 出艟，1 9 9 9 (缩辑 一伍大志)(上 接 第 2 目贾)Pr e p a a t l o n a n d p y r o e l e c t Hc p r op e r tie s o f(Pb，La)(z r，T；)03(P L Z T)t h i n矗 l 】J p nj Ap P h y B，1 9 9 6，3 5 l 4 9 8 0 4 9 8 3 2 o Ma s a f u mi K o b u n e。Ha r u o|s h；t o AT s u s h i Mi n e h i e Re l a t i o n s hi p t we e ll p y t o e I 恍t r k p T t j T e t e c 1 T 0 d e s i z e i n(P b，L a)f Z r，Ti)03(P L Z T)t h i nf i l ms口、J p n 】Ap p l Ph y s，1 9 9 8 3 7 I 5 1 5 4 5 1 5 2 1 束痒，韩育荣，丁于上 红外热撵 嚣冉瓷的 进展 】材料 科学与工程 1 9 9 5 1 3(3)，5 5 5 7 C z z 王世t张蹦升享佐直 辱、K T b s O。薄骥的舟电和 蕞 电厦热拜 电性能研兜 口硅酸盐学报，1 9 9 9，2 7(6)：6 7 8 3 0 6 8 3 2 3 车远 秦 自偕周志蹦 压 电与缺电材料的测量 E M北京：科学 出履社，1 9 8 4 3 1 1 E 2 4 An o n 国外传蘑嚣 M旨肥 安驻传感 嚣(集 团)公司，安 教电于科学研究 所，1 9 8 9 5 8 6 6 2 5 张 槽学 实用 传感 嚣手 册 E M北京，电于工 业 出版 牡 1 9 8 8、8 8 9 4 0 2 n6 张梧样 胡齐 车 光辐射撵 技术 M上i 孽，上I空通大学 出艋 社 1 9 9 6 5 9、(编辑：戚君 E L E C T R O N I C C O MP O NE N T S 8 L MA T E R I A L S v o I 1 9 N 6 维普资讯 http:/