[发明专利]一种提高热释电性能的材料后处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高压电材料热释电性能的材料后处理方法，属于热释电应用领域；通过交流电场老化和加应力热处理对压电材料进行预处理，再采用通常的直流极化工艺对压电材料进行极化，可以提高压电材料的热释电性能20-30%，有望在热释电探测器生产领域获得应用。

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。

热释电材料是热释电探测器的核心元件，它的性能优劣直接决定红外探测的效果，目前应用的热释电材料主要有钽酸锂（LT）、硫酸三甘氨酸（TGS）和铌铁锆酸铅（PZFN）等陶瓷材料。

近年来，方必军等发现改进的Bridgman法生长的(1-x)Pb(Zn_1/3Nb_2/3)O₃-xPbTiO₃（PZNT）单晶（Bijun Fang, et al., Growth and pyroelectric properties of [001]-oriented (1-x)Pb(Zn_1/3Nb_2/3)O₃-xPbTiO₃ single crystals, Appl. Phys. Lett., 2007, 91(6): 062902/1-3）、反应烧结法制备的0.8Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-0.2PbTiO₃（0.8PMN-0.2PT）陶瓷（Bijun Fang, et al., Large pyroelectric response of 0.8Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-0.2PbTiO₃ ceramics prepared by reaction-sintering method, Mater. Lett., 2012, 84: 91-93）具有较大的热释电系数和较高的热电探测优值，介电、热物理和力学性能优良，化学性质稳定，适用于制作热释电探测器，有望在非制冷红外探测和成像器件方面获得应用。

压电陶瓷和压电单晶需要进行直流极化处理才能呈现热释电性能，通常的直流极化工艺是在室温或者一定温度条件下、施加一定大小的直流电场极化一定的时间，压电材料本身不需要进行额外的处理，众所周知，除了开发综合性能优异的新型热释电材料之外，探索新的材料后处理工艺和极化工艺，是提高现有压电材料热释电性能的有效方法。

发明内容

本发明选择的压电材料是改进的Bridgman法生长的PZNT单晶和反应烧结法制备的PMNT陶瓷，分别施加交流电场老化和加应力热处理进行材料后处理，然后以文献报道的条件进行直流极化处理，采用电荷积分法测量压电材料的热释电系数；结果表明，通过本发明提出的材料后处理工艺对压电材料进行预处理，再进行通常的直流极化处理，可以提高压电材料的热释电性能20-30%，有望在热释电探测器生产领域获得应用。

本发明的主要内容包括：

通过电滞回线测量得到压电材料的矫顽场，在低频、弱电场下进行交流电场老化处理。

所述的低频指1kHz以下，优选为1Hz-250Hz。

所述弱电场的电场强度为压电材料矫顽场的20-50%。

所述老化处理的时间为10⁵周期以上，出于效率和老化效果的综合考虑，优选为10⁵-10⁷周期。

所述压电材料指PZNT单晶和PMNT陶瓷。

通过介电温谱测量得到压电材料的T₀或T_m温度，T₀为正常铁电体的居里-外斯温度，T_m为弛豫铁电体的介电常数最大值对应的温度，施加50MPa压应力、在T₀或T_m温度热处理2-4h。

预处理之后的压电材料，采用通常的直流极化工艺对压电材料进行极化。

具体实施方式

实施例1：