[发明专利]一种氧化镁改性的锆钛酸铅热释电陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有高热释电性能的氧化镁改性锆钛酸铅陶瓷材料及其制备方法，属于热释电陶瓷材料技术领域。

背景技术

热释电材料是非制冷红外探测器的关键敏感材料之一，从工作模式上可以分为两大类：工作于居里温度以下的本征热释电材料和工作于居里温度附近的介电热辐射测量计材料。对于第一类居里温度远高于室温的本征热释电材料，它在室温下大多为线性热释电响应，热释电系数较低，其探测率优值往往也较低；对于第二类介电模式工作的热释电材料，在居里温度时发生铁电-顺电相变，自发极化变化的同时伴随着介电常数的巨大改变，能获得增强的热释电效应，但它应用时需要施加偏置电场。

而富锆的锆钛酸铅基陶瓷材料（Pb(Zr_xTi_1-xO₃,0.94＜x＜0.98；PZT）由于存在低温铁电三方相-高温铁电三方相(F_RL-F_RH)相变，相变时自发极化改变较大从而具有高的热释电系数p，且介电常数ε_r和介电损耗tanδ较低，因此具有较高的探测率优值。此外，F_RL-F_RH相变可逆，不需外加电场重新极化，有望在非制冷红外单元热释电探测器中得到应用。

纯Pb(Zr_xTi_1-x)O₃（0.94＜x＜0.98）陶瓷的F_RL-F_RH相变温度大约在40～70℃，不利于实际应用，而且F_RL-F_RH相变为一级相变，存在大约15℃的热滞，所以常对其掺杂改性，使F_RL-F_RH相变温度移向室温，并扩大相变温区和减小热滞，以便在较宽温区得到高的热释电系数。另外，PZT热释电材料应用于单元热释电探测器时，要求高的探测率优值，则必须降低介电常数和介电损耗。所以，如何降低F_RL-F_RH相变温度、甚至将其移向室温，并扩大相变温区和减小热滞，提高热释电系数和探测率优值，是富锆PZT基陶瓷材料用于热释电应用研究中的重要问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用可逆低温铁电三方-高温铁电三方相变得到高热释电系数和探测率优值的富锆PZT基热释电陶瓷材料及其制备方法。本发明人经过锐意的研究，意识到通过在富锆PZT基陶瓷材料中掺杂氧化镁可以达到这一目的。

在此，一方面，本发明提供一种氧化镁改性的锆钛酸铅（简称MgO-PZT）热释电陶瓷材料，所述热释电陶瓷材料是以掺铌的锆钛酸铅Pb_0.99(Zr_xTi_1-x)_0.98Nb_0.02O₃(0.945≤x≤0.975)为基体，采用氧化镁进行改性的陶瓷材料；具有如下组成通式：Pb_0.99(Zr_xTi_1-x)_0.98Nb_0.02O₃+yMgO，式中0.945≤x≤0.975，y=0.05～0.5wt%。其中x优选为0.960～0.970。

本发明的氧化镁改性锆钛酸铅热释电陶瓷材料有降低的F_RL-F_RH相变温度（甚至移到室温），介电常数和损耗变化小，而且具有较高的热释电性能，无需加偏置电场，热释电系数、探测率优值F_d、电压响应优值F_v均达较高水平，可以满足制作高性能单元热释电探测器的性能要求。

所述热释电陶瓷材料的高温-低温铁电三方相变温度为10～55℃，更优地为20～30℃。

所述热释电陶瓷材料的居里温度为210～245℃。

当本发明的热释电陶瓷材料Pb_0.99(Zr_xTi_1-x)_0.98Nb_0.02O₃+y MgO中x取值为0.960～0.970时，所述热释电陶瓷材料在相变峰值处热释电系数可达到（46～69）×10^-8Ccm^-2K^-1。