[发明专利]一种应力应变辅助的热释电复合材料及其应用

说明书

本发明提供了一种应力应变辅助的热释电复合材料。该复合材料将热释电材料层与应力应变材料层相结合，当热释电层感受到红外光引起的外界温度变化而发生电极化强度变化时，应力应变施加层在外界条件作用下产生应力应变并传递至热释电层，从而增强热释电层电极化强度的变化，提高热释电系数。当本发明的热释电复合材料应用在红外探测技术领域，能够有效提高探测灵敏度，因此在红外探测技术领域具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及热释电材料技术领域，尤其涉及一种应力应变辅助的热释电复合材料及其应用。

背景技术

红外探测器是广泛应用于军事、工业、医疗、环境等诸多领域的一类传感器，根据其探测原理的不同可分为光子探测器和热探测器两大类。

光子探测器基于光电效应，优点是对波长选择性强、信噪比高、响应速度快，因而主要应用于航空航天、导弹制导、红外夜视等军事领域。但是，光子型探测器需要在低温下(约200K)工作，而且必须配备昂贵且笨重的制冷设备，因此制约着其向民用领域的扩展。

热红外探测器是基于热敏材料吸收红外辐射产生热效应的原理。根据热效应的机制不同又可分为热阻型、热电堆型和热释电型三种类型。热电堆型是基于塞贝克效应检测金属或半导体热端和冷端之间温度差产生的电压信号；热阻型是基于温度改变导致的电阻信号；热释电型是利用热释电材料在红外光照射后产生温度变化，导致热释电材料中极化强度变化，从而在探测器两端产生电压信号。

红外热释电探测器是一种重要的热红外探测器，其主要组成部分为热释电材料。现有热释电材料体系包括TGS、BST、PZT、LiTaO₃、PVDF、CaCu₃Ti₄O₁₂等，材料形态有单晶、多晶陶瓷、聚合物、外延薄膜及多晶薄膜材料等。

红外热释电探测器有两类功能模式：传统型热释电模式和电场增强型热释电模式。传统型热释电模式中，工作温度在居里温度以下，不需要恒温器，不需要施加偏压，但是热释电系数较小，一般在10^-8C/cm²·K数量级。电场增强型热释电模式中，工作温度在居里温度附近，需要恒温器，需要施加偏压，由于居里温度附近介电常数随电压变化，因此在该模式中，在居里温度附近可用电压调节介电常数，热释电系数为本征热释电系数和介电常数随电压变化产生的热释电系数之和，故总体热释电系数显著提高，可提高到10^-6C/cm²·K数量级。

目前，探索新型热释电性能材料体系，实现热释电新功能模块和提高热释电性能，是本领域科技工作者的研究热点。

发明内容

针对上述技术现状，本发明旨在提供一种新型热释电材料，其具有较高热释电系数，在温度探测技术领域，例如红外探测等中具有良好的应用前景。

为了实现上述技术目的，本发明所采用的技术方案为：

一种应力应变辅助的热释电复合材料，包括应力应变施加层以及位于应力应变施加层上的热释电层。

所述热释电层是具有热释电效应的材料层；所述热释电效应是指温度变化导致材料中极化强度变化，从而产生电压信号。

所述应力应变施加层是应力应变材料层，即材料的应力随外界条件的变化而发生变化。所述的外界条件包括但不限于温度、电、磁、光等，即，所述的应力应变材料包括但不限于温致伸缩材料、电致伸缩材料、磁致伸缩材料、光致伸缩材料等。

当热释电层接受红外光照射引起温度变化而发生电极化强度变化时，应力应变施加层在外界条件作用下产生应力应变传递至热释电层，从而增强热释电层电极化强度的变化，提高热释电系数。

作为优选，所述的热释电层产生的电压信号经上下电极引出。