[发明专利]高灵敏度热释电单晶体的合成方法

说明书

本发明属于红外热释电材料

TGS和LATGS是熟知的热释电材料，由于具有高的热释电系数和低的介电常数，所以广泛地用于制做各种热释电器件。TGS是多畴晶体，即不是永久极化晶体，一般只用耒制作红外摄像管靶面，LATGS晶体是用L-丙氨酸部分取代TGS中的甘氨酸生成的，虽然L-丙氨酸在晶体中含量很少，但使得TGS的晶胞参数发生了变化（见表1）。

表1  TGS和LATGS晶体的晶胞参数  （25C）

晶体 a（） b（） c（） B（o）

TGS  9.1906  12.6623  5.7517  105.697

LATGS  9.1585  12.6420  5.7262  105.6369

由于TGS中的部分甘氨酸被L-丙氨酸取代，使得LATGS晶体由原耒的多畴转变成单畴，即永久极化。因此，LATGS晶体作为红外热释电材料广泛用于制作各种红外传感器和探测器。如用TGS晶体耒制作各种传感器和探测器，需要在晶体周围附加一个电场使TGS晶体中的多畴变成单畴，使晶体永久极化。去掉电场，TGS又变成多畴。实验结果表明，LATGS比纯TGS晶体具有更广泛的用途和更高的使用价值。目前LATGS晶体是制作各种红外传感器和探测器用量最多的热释电材料。但是LATGS热释电材料就电性能而言并不十全十美。

本发明的目的是为了进一步提高LATGS晶体的热释电系数和优值比，为制作出具有更高灵敏度的红外探测器和传感器提供新型热释电材料。

本发明的技术方案是使用部分无机酸（HBF₄）取代LATGS中部分的硫酸，其结构式如下：

[（3-X）NH₂CH₂COOH+XNH₂CH（CH₃）COOH]+（1-Y）H₂SO₄+Y HBF₄＝[（3-X）NH₂CH₂COOH.XNH₂CH（CH₃）COOH]（1-Y）H₂SO₄.YHBF₄

（其中X＝0.4-1.2，Y＝0.02-0.90）

其制备方法是先把甘氨酸与L-丙氨酸[摩尔比为（3-X）;X，X＝0.4-1.2]用去离子水溶解（Ⅰ），再把H₂SO₄[（1-Y）摩尔，Y＝0.02-0.90]用去离子水进行稀释后与HBF[Y摩尔，Y＝0.02-0.90]混匀（Ⅱ），把（Ⅰ）和（Ⅱ）混合于育晶瓶中（所用去离子水的总重量为育晶液总重量的65-75%），然后把育晶瓶置于恒温槽内进行育晶。育晶时是使用降温法，降温速度为0.05-0.8℃/昼夜，经30-50天后即可得到LATGS/Fb晶体。

用本发明的方法制得的LATGS/Fb晶体与LATGS晶体相比较的物理参数见表2

表2  LATGS/Fb和LATGS晶体的物理参数  （25C）

晶体  热释电系数（P）  介电常数  居里温度  优值比（P/ε）

×10^-8库/厘米².度 （ε） （Tc）（℃） ×10^-9库/厘米².度

LATGS  3.3  35.2  50.2  0.94

LATGS  4.2  35.2  50.0  1.2

LATGS/Fb  6.4-7.8  35.3  49.5-51.0  1.8-2.2

从表2可以看出，本发明的LATGS/Fb晶体比现有的LATGS晶体具有更高的热释电系数（P），其优值比（P/ε）也提高到2.2×10库/厘米².度，所以使用LATGS/Fb晶体制作出的红外探测器和红外传感器具有更高的灵敏度。

实例1