热电体及其应用

一、热电效应1.热电体 当温度发生变化时,能引起极化状态发生变化的晶体(或物质)称为热电体.例如,把电气石[(Na,Ca)(Mg,Fe)3B3Al6Si6(O,OH,F)31]晶体均匀加热时,在其唯一的三重旋转对称轴两端,会产生等量而反号的电荷.能产生热电效应的晶体必须具备下列条件:(1)它是电介质,(2)在结构上不存在对称中心,(3)具有自发极化,(4)存在一个“唯一的极轴”,晶体的自发极化方向就是沿着这一极轴的方向.在32种点群中,有20种无对称中心的是压电体,其中只有10种是热电体,如表1所列.由表1可知,热电体有二种,一种是非铁电性的,另一种是铁电性的.后者具…     

KAT,KLT系列热释电探测器

利用热释电材料的热释电效应做成的光电接收器件称作热释电探测器.目前广泛用于制作热释电探测器的热释电单晶主要有两种:一种是硫酸三甘肽晶体(TGS)及其同类晶体(LATGS和 DLATGS等);另一种是袒酸锂晶体(LiTaO3).相应地,我们单位研制的热释电探测器有两个系列:KAT系列(由DLATGS     

红外探测用无铅铁电陶瓷的热释电特性研究进展

铁电陶瓷具有优异的热释电性能,是红外探测器的核心敏感元材料,目前普遍采用铅基陶瓷材料,发展无铅铁电陶瓷用于热释电红外探测是近年来电介质物理与材料的一个热点.本文综述了无铅铁电陶瓷的热释电性能研究进展,主要包括钛酸钡基、钛酸铋钠基、铌酸锶钡基、铌酸钾钠基等系列铁电陶瓷的热释电效应研究现状,归纳了不同体系增强热释电效应的手段.通过比较分析主要无铅铁电陶瓷的热释电性能和退极化性能的制约关系,指出钛酸铋钠基陶瓷是目前最具应用潜力的无铅材料体系,并对无铅铁电陶瓷热释电探测应用未来的发展方向进行了展望.     

核磁共振在铁电相变研究中的应用

一、引 言 实验表明,有些晶体当温度降低到某一临界温度Tc以下时会出现自发极化,而且自发极化强度的方向可以因施加电场而反向.晶体的这种性质称为铁电性.由非铁电晶体转变为铁电晶体的温度称为该晶体的铁电居里温度.有些晶体有上、下两个居里温度,在这两个温度之间,它具有铁电性,而在其他温度下则没有铁电性.1921年实验上第一个发现的铁电体罗息盐(酒石酸钾钠)就属于这种情形.因为铁电性的出现或消失总伴随着晶体结构的改变,所以它是一个相变过程,称为铁电相变. 由于很多铁电体都有重要的技术上的用途(例如作为压电材料、非线性光学材料),…     

热释电传感器及其应用

工业上用的各种非接触测温传感器,测定的温度为 1000℃,测定的波长为 lum左右,因此可用可见光探测器.但是,近年来人们需要将测温范围扩大到家用电器中,即需要对- 30℃～+300℃的比较低的温度进行测量,所要探测的波长为 2～15 um的红外光.能在这种波长区及温度范围工作的探测器,从灵敏度、价格方面考虑,以热释电探测器为最合适. 一、原理和特性 众所周知,热释电晶体具有自发极化Ps然而,在正常状态下表观上观察不到表面电荷的变化,也不会产生输出信号[图1(a)]. 当晶体受到红外线照射时,晶体的温度发生变化,由 TK变为(T+ 　T)k[图 1(b)],晶格…     

硅材料场致等效二阶极化率张量的研究

具有反演对称中心的硅单晶在电场作用下体内的反演对称中心消失,因而理论上应产生偶数阶非线性极化率。从理论上根据矢量与张量的作用,利用(eχf2f)=χ(3).E这一关系和张量变换理论系统地阐述了硅材料在内建电场或外加电场的作用下,具体在方向分别沿[111][、110]和[001]的电场作用下,得到的等效二阶极化率张量(eχf2f)分别与C3v、C2v和C4v点群的二阶极化率张量具有相同的形式,说明在物理性质方面,硅的对称性由Oh群在相应方向电场作用下分别被降低为C3v、C2v和C4v群,因此应该具有相应对称性晶体的二阶非线性光学性质;提出了电场E沿任意方向时硅的等效二阶极化率张量e(χf2f)的计算方法,对研究硅材料和其他具有反演对称中心材料的场致二阶非线性光学性质实验具有指导意义。     

退火与极化温度对尼龙11薄膜驻极体内陷阱能级分布的影响

用热释电技术研究了尼龙11薄膜驻极体制备过程中热处理与极化温度对驻极体陷阱能级分布的影响.结果显示，淬火驻极体的热释电流谱上存在四个空间电荷退陷阱电流峰，而在退火处理后则显示两个退陷阱电流峰.采用多点法对热释电流谱进行理论拟合可以将各个退陷阱电流峰分离并得到它们的陷阱深度参数.这些参数进一步表明，淬火尼龙11薄膜驻极体内存在四个空间电荷的陷阱能级，极化温度升高对它们的分布情况影响不大；退火处理后，陷阱能级减少为两个，且随着极化温度的升高，较浅的陷阱能级有明显向较深陷阱能级接近的趋势. 关键词： 尼龙11 薄膜驻极体 热释电 热处理     

铁电材料与铁电物理的进展

自从1920年发现了酒石酸钾钠(罗息盐)的铁电性以来,迄今巳发现了超过一千种铁电体,其中一些已经对经济和技术的发展起到积极的作用[1].铁电体具有自发极化,而且在外加应力、电场(电磁波)或温度改变时,其自发极化大小也相应地变化,因此铁电体可以表现出具有力、声、光、热、电等交互响应的物理效应,从而成为高技术领域中制造多功能器件以及敏感元件的理想材料之一. 从铁电体研究的发展历程看,铁电体研究的特点有:(1)基础研究与固体物理发展密切相关.例如,铁电体相转变理论的研究正是从推广朗道的现代相变理论开始的,现今的重整化群理论也用来…     

有序组装超薄膜热释电性能的优化研究

报道两亲性染料半花菁(DAEP)与隔层材料氮冠醚(NC)交替LB膜的热释电效应以及掺杂金属离子（Ba2+）对LB膜热释电性能的影响.发现所测样品的热释电系数p高达58μCm-2K-1；在频率为1kHz—100kHz的范围内，其εr和tanδ的数值分别为2.34—1.96和0.08—0.04.并讨论了不同成膜方式和掺杂金属离子Ba2+对LB膜热释电性能影响的物理机理.     

双掺杂单畴硫酸三甘氨酸热释电晶体ATGSAs

硫酸三甘氨酸晶体[(NH2CH2COOH)3·H2SO4,简称TGS]是典型的有序-无序型二级相变铁电体,于1956年发现.该晶体具有较高的热释电系数、低的介电常数、高的热释电品质因数,并且易于从水溶液中培育出优质单晶,因而它是制作室温下应用的红外探测器和摄象管的最重要材料.但是,TGS晶体也存在退极化和居里温度Tc偏低等缺点.为了克服这些缺点,人们进行了广泛而深入的研究,培育出了一些有用的改性TGS晶体[1-6],如用氚取代TGS中的活泼氢生长出DTGS晶体,其居里温度Tc可达 60 左右;用L-正丙氨酸部分地取代甘氨酸生长出的ATGS晶体,可防止退极…     

电致伸缩效应及其应用

一、电致伸缩效应 电致伸缩(electrostriction)效应是一种机电耦合效应.它是指当外电场作用于电介质上时,所产生的应变正比于电场强度(或极化强度)的平方的现象.由于电致伸缩效应引起的应变与外加电场的方向无关,所以一般固体电介质都能产生电致伸缩效应. 由热力学唯象理论可知,对于晶格点群属于具有对称中心的材料,其应变x与极化强度P的关系为(无外应力时)即应变与极化强度的平方成正比.将x的两个脚标按惯例简化成一个,(1)式改写成 再规定 其中μ=4,5,6,分别对应于k,l的组合为23,13,12.这样,电致伸缩系数山山本来是sl个分量的四阶张量,简…     

钽酸锂晶体极化方法和装置

钽酸锂(LiTaO3,简称LT)晶体是本世绍60年代人工会成、80年代迅速发展起来的新型功能材料.它具有优良的压电、热电和电光性能,是制作彩电滤波器、热电探测器和电光调制器的较好的材料,在电视工业和激光、红外等科技领域获得了广泛应用.目前,国内外均具备工业生产的规模. 从单晶炉生产出的LT晶体呈多畴结构,使用之前必须对其极化,使之变成单畴结构.不极化或极化不完全的晶体实际上是不能用的涸此极化工序是LT单晶生产中的关键环节之一. 钽酸锂晶体极化方法和装置为有关的生产和科研单位提供了一套省时、省电、省力、省资金的晶体极化先进…     

对羟基苯甲酸甲酯P-MHB晶体热释电性能的实验研究

对羟基苯甲酸甲酯P-MHB单晶是一种具有热释电效应的有机晶体材料。本文通过实验较全面地研究它的热释电效应、电导、电滞迴线等有关性能。 关键词：     

周期极化铌酸锂中通信波段纠缠双光子的波长管理方法

理论研究了周期极化铌酸锂晶体中通过自发参量下转换产生的纠缠双光子的波长管理方法.简并自发参量下转换产生的单色偏振纠缠双光子的波长,可以通过调整晶体的极化周期或工作温度自由地调节,特别是在加工好的晶体中极化周期是确定的,因而调整晶体的工作温度更加便捷.对于双色偏振纠缠双光子来说,不需改变入射的泵浦光以及晶体的极化结构,仅通过调节晶体的工作温度就可以实现o光光子和e光光子波长的严格交换.     

圆环孔阵列超材料对热释电太赫兹探测器性能影响关系研究

本文提出了新的基于圆环孔阵列超材料的钽酸锂热释电太赫兹探测器,以提高0.1—1 THz频段太赫兹波探测性能.仿真分析了内外径、周期、厚度等特征参数对圆环孔阵列超材料太赫兹波透射带宽及透射率的定量影响关系,阐明了圆环孔阵列超材料与热释电探测器的不同结合方式对探测器的带宽及噪声等效功率的作用机理;制备了两种圆环孔阵列超材料钽酸锂热释电太赫兹探测器;测试了圆环孔阵列超材料的透射特性和两类热释电探测器的噪声等效功率.结果表明,所制备的圆环孔阵列超材料在0.25—0.65 THz频段透射率大于40%,实现了带通滤波.当圆孔阵列超材料与热释电探测器保持足够间距时,在0.315 THz点频其噪声等效功率为11.29μW/Hz^0.5,是带通波段外0.1 THz噪声等效功率的6.3%,实现了带通探测;当圆环孔阵列超材料与热释电探测器贴合时,在0.315 THz点频其噪声等效功率为4.64μW/Hz^0.5,是无圆环孔阵列超材料探测器噪声等效功率的29.4%,实现了窄带探测.上述结论可用于生物成像、大分子探测等领域中特定太赫兹波段的带通与窄带探测.     

单晶热释电探测器混合集成制造方法研究

在比较几种探测器集成制造方法的基础上,提出采用各向异性导电膜作为电信号互联的手段,实现热释电探测器与信号处理电路的混合集成,从而演示了一种兼容性良好的集成化多传感器制造方法.对单晶钽酸锂热释电探测器采取机械研磨减薄获得其薄膜,利用3M的5552R各向异性导电膜,实现了探测器与信号读出电路的互联.对探测器的测试表明:机械研磨减薄获得的钽酸锂薄膜表现出与晶体接近的热释电特性,探测器表现出良好的绝热性质和动态响应特性.     

我国铁电薄膜物理学与集成铁电学若干重要问题的研究建议（提纲）

我国铁电薄膜物理学与集成铁电学若干重要问题的研究建议（提纲）１．学术背景铁电体为一类具有自发电极化，而且其极化矢量可以在外电场作用下反转的电介质，它们同时具有压电、热释电、电光、声光、光折变、非线性光学等效应及高介电系数。作为光电功能材料，铁电体早在...     

空位对纤锌矿型AlN自发极化影响的最大局域化Wannier函数方法研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了纤锌矿型AlN中引入不同电荷态的N空位和Al空位时结构中最大局域化Wannier函数,并根据Wannier函数的空间分布及空间分布的几何中心位置,对空位引起的晶体电子结构变化及[0001],[ˉ1010],[ˉ12ˉ10]晶向上的自发极化进行了研究.结果表明,利用最大局域化Wannier函数分析电子结构具有直观的特点,清晰地表明N—Al键具有较强的离子性.研究发现,N空位结构中悬挂键上电荷向空位处转移,而Al空位结构中悬挂键上电荷则远离空位,沿悬挂键方向移动到N原子一侧.同时发现,空位的引入破坏了[ˉ1010],[ˉ12ˉ10]晶向上的中心对称结构,产生了极化,且极化强度随着空位电荷态的增加而增大.在[0001]晶向上,随着N空位电荷态的增加,空位周围电子结构发生了剧烈变化,使得自发极化发生了逆转,极化强度随着电荷态的增加而增大;而在Al空位中,随着电荷态的增加,自发极化沿原方向显著增加,但没有发生极化反转.     

应变纤锌矿ZnO/Mg_xZn_(1-x)O盘形量子点中的离子施主束缚激子态（英文）

在有效质量近似下,计算了盘形量子点中离子施主束缚激子的结合能、光跃迁能、振子强度及辐射寿命.设盘形量子点由有限长的柱形ZnO材料组成,四周被MgxZn1-xO包围,离子施主局域在盘轴.考虑了由于自发极化和压电极化引起的内建电场效应,并在有限深约束势下采用合适的变分波函数进行.计算结果表明,量子盘结构参数(盘高度及垒中Mg组分)和离子施主的位置对离子施主束缚激子的结合能、光跃迁能、振子强度及辐射寿命有强烈的影响.随着盘高度的增加,结合能、光跃迁能和振子强度减小,而辐射寿命增加.对含Mg量较高的盘形量子点,盘高度对结合能、光跃迁能、振子强度及辐射寿命的影响更显著.当施主杂质位于量子点的左界面附近时结合能(光跃迁能)有极大(极小)值,而当施主杂质位于量子点的右界面附近时结合能(光跃迁能)有极小(极大)值.     

应变纤锌矿ZnO/MgxZn1-xO盘形量子点中的离子施主束缚激子态

在有效质量近似下,计算了盘形量子点中离子施主束缚激子的结合能、光跃迁能、振子强度及辐射寿命.设盘形量子点由有限长的柱形ZnO材料组成,四周被Mgx Zn1xO包围,离子施主局域在盘轴.考虑了由于自发极化和压电极化引起的内建电场效应,并在有限深约束势下采用合适的变分波函数进行.计算结果表明,量子盘结构参数(盘高度及垒中Mg组分)和离子施主的位置对离子施主束缚激子的结合能、光跃迁能、振子强度及辐射寿命有强烈的影响.随着盘高度的增加,结合能、光跃迁能和振子强度减小,而辐射寿命增加.对含Mg量较高的盘形量子点,盘高度对结合能、光跃迁能、振子强度及辐射寿命的影响更显著.当施主杂质位于量子点的左界面附近时结合能(光跃迁能)有极大(极小)值,而当施主杂质位于量子点的右界面附近时结合能(光跃迁能)有极小(极大)值.