1、本科毕业设计（20届）铁电陶瓷的热释电研究所在学院专业班级应用物理学生姓名学号指导教师职称完成日期年月摘要【摘要】热释电红外传感器具有成本低廉、无需制冷和对红外波长无选择性等优点，在红外探测和红外成像领域占有极其重要的地位。然而传统的陶瓷都是具有铅基的，由于其在实验过程中的污染性，不符合可持续发展的原则，因此新的无污染的陶瓷BNBT就映入了人们的眼帘。本文通过对BNBT1KN掺杂CUO，研究了不同含量的CUO对BNBT1KN热释电性和介电性能的影响，发现当含量为025时具有最佳性能，介电常数为922，介电损耗为28，热释电系数为3475108C/CM2K【关键词】红外传感；热释电材料；BNBT
2、陶瓷、ABSTRACT【ABSTRACT】HIGHPERFORMANCEANDINEXPENSIVEPYRELECTRICINFRAREDSENSORSPLAYANIMPORTANTROLEINTHEFIELDOFTHERMALDETECTIONANDIMAGINGOFOBJECTS,BECAUSEOFTHEADVANTAGESOFHIGHSENSITIVITYATLONGWAVELENGTHANDROOMTEMPERATUREOPERATIONWITHOUTCOOLINGSYSTEMTHETRADITIONALCERAMICWHICHALWAYSCONTAINSLEADBASED,DONTC
3、OMPLYWITHTHEPRINCIPLEOFSUSTAINABLEDEVELOPMENT,BECAUSEOFTHEEXPERIMENTALPROCESSOFPOLLUTION,SOTHENEWPOLLUTIONFREECERAMICBNBTGREETEDPEOPLESEYESTHISARTICLETHROUGHTOBNBT1KNDOPPERCUOSTUDYTHEINFLUENCEOFTHEPYROELECTRICANDDIELECTRICPROPERTIESWITHTHEDIFFERENTCONTENTCUOTOBNBT1KNWEFINDWHENX025,THECERAMICHASTHEBE
4、STPERFORMANCETHEDIELECTRICCONSTANT922DIELECTRICLOSS28PYROELECTRICCOEFFICIENT3475108C/CM2K【KEYWORDS】PYROELECTRICDIELECTRICPOLLUTIONFREECERAMICPYRELECTRICINFRAREDSENSORS目录1绪论411引言412热释电效应4121热释电材料5122热释电材料的研究进展513无铅热释电材料的研究6131BNT基无铅热释电材料的研究进展714选题背景与主要研究内容72样品的制备工艺821固相合成法制备样品的工艺流程8211具体的实验过程83实验的测量9
5、31陶瓷热释电性能的测量9311电滞回线测量和原理932陶瓷介电性能的测量104实验的讨论1141CUO对BNBT1KN热释电材料铁电性能的影响1142CUO对BNBT1KN热释电材料压电性能的影响1143CUO对BNBT1KN热释电材料介电性能的影响1244CUO对BNBT1KN热释电材料热释电系数的影响145结论和展望1551本工作的主要结论1552有待深入研究的问题及前景展望15参考文献16致谢错误未定义书签。1绪论11引言红外探测技术是世界上各个国家安全所依赖的重要技术手段，是近年来局部战争侦察使用的尖端技术之一，能对战争的胜负产生很大的影响。与微光夜视技术相比，它具有很多的优点比如视
6、距远、全天候、全被动式工作、识别伪装能力强，这些优点都在军事领域起着相当重要的作用1。当前，红外技术发展的主要推动力是军事发展的需要，但民用红外技术业已逐渐普及到各个领域。红外传感器、遥感控制、非接触式测温、红外热成像仪和远红外热分析仪等已有一定批量的产品，正处于形成产业化的前期。红外技术不论是在国民经济各部门还是日常生活中的都将扮演着越来越重要的角色2、3。红外热成像系统（INFRAREDTHERMALIMAGINGSYSTEM,简称IRTIS）是红外探测技术发展水平的标志性器件，也是目前红外技术发展的热点4，5。它能够通过自身的光电变换作用，探测到物体的红外热分布，并经信号放大、存储、扫描
7、、处理和显示，最终得到视频图像。另外随着微电子机械技术和集成铁电学的发展，薄膜型热释电红外探测器阵列和焦平面阵列已经深受人们的关注。热释电单片式红外焦平面阵列和混合式非制冷红外焦平面阵列产品已经进入到民用和军用的领域。随着非制冷型红外焦平面阵列技术的日益广泛地应用于军事和民用各个相关的领域，热释电材料在红外探测领域必将发挥着越来越大的作用，并从根本上改变目前红外光电子学的面貌。根据工作原理的不同，可分为温差热电偶/热电堆型、热敏电阻型、热释电型等6,7。12热释电效应早在2300年以前，热释电效应就为人们所发现，但热释电效应的现代名称PYROELECTRICITY是1824年才由布儒斯特引入的
8、。虽然如此但该性质长期以来并未引起人们的重视，直到19世纪末至20世纪初，随着近代物理的不断发展，关于热释电性的定量的和定论的研究才日渐增多起来。20世纪60年代，随着激光和红外扫描成像等新技术的飞速发展，极大地促进了对热释电效应的研究和探索，相继发现和改进了许多重要的热释电材料，丰富和发展了热释电理论，观察到了热释晶体管的一些新效应，研制出了一些性能优良的热释电探测器和摄像管。进入20世纪90年代以后，高性能热释电薄膜、陶瓷材料的制备以及非制冷型热释电探测器和焦平面摄像器件的发展，更进一步促进了热释电效应的理论和应用的研究。热释电效应及其应用已成为凝固态物理、材料科学与工程，以及信息技术等领
9、域中很有潜力的研究方向之一8,23。热释电效应是一种自然现象，是晶体的一种物理效应。有关热释电现象的最初始记录是早在公元前315年古希腊学者在论石头一书中的叙述9电气石不仅能够吸引小木片而且能吸引铜或铁的薄片。后来的研究发现这种现象来源于晶体的一种特性自发极化。自发极化和感应极化不同，自发极化和外电场无关，它是由于物质本身的够在某方向上正负电中心不重合而固有的，自发极化的向量方向是由负电中心指向正电中心。当晶体的温度发生变化时，晶体结构上的正负电荷会向中心位置进行相对位移，从而使得自发极化发生改变，与极化强度方向垂直的晶体表面就产生热释电电荷。但是，通常这种情况下这类晶体并不会显出外电场，因为
10、若这种材料是导体，那么它的自由电荷将与内电矩相互抵消；如果这种材料是绝缘体，则杂散电荷被吸引而吸附在表面，直到与极化引起的表面电荷相抵消。所以只有当晶体的温度变化比较快，使得内部的或外界的电荷来不及补偿由于自发极化而产生的热释电电荷，这时才会显出外电场。这种晶体随温度变化而产生电荷的现象就被人们称为热释电效应。晶体有32种对称类型，其中有21种晶类没有对称中心，其中在这没有对称中心的21中晶类中有20种会具有压电性，而在具有压电性的20种没有对称中心的点群中，有三斜1、单斜M和2、菱方2MM、三角3和3M、四方4和4MM以及六方6和6MM等10种点群具有特殊极性方向10，这个方向与晶体的其它任
11、何方向都不是对称等效的，只有属于这些点群的晶体，才能具有自发极化，晶体才体现热释电效应11。121热释电材料通常热释电性能的评价采用电压响应优值和探测率优值来决定，它们是衡量材料优劣的重要参数RVVCPF/11TAN/RVDCPF（12）其中P为热释电系数，CV为材料比热容，一般测量比较困难。R为材料相对介电常数，因此通常情况下只比较/P或者RP/，即热释电优值。为真空介电常数，TAN为材料的介电损耗。热释电材料经过近几十年的发展，其种类大为增加，制备技术业已成熟，热释电效应也有了透彻的、机理性的解释12。122热释电材料的研究进展既然是研究材料的热释电性那么顾名思义对于热释电材料首先要选择热
12、释电系数大的材料，其次再要求有高的居里温度，这样就能使材料具有比较宽的工作温度范围，另外还要求材料具有较低的热容量。近几年围绕提高的热释电系数、较低的介电常数和损耗等以期获得更高的压电响应优值和探测率优值展开广泛研究。从组成和结构上大体可将热释电材料分为四种类型即单晶、陶瓷、聚合物及薄膜。晶体热释电材料是最早使用的一种热释电材料，使用最多的单晶热释电材料是硫酸三甘肽（TGS）和钽酸锂（LITAO3）,TGS晶体的热释电系数大，在室温下具有目前已知的材料中最大的响应灵敏度。氧化物单晶LITAO3机械强度好，在大气条件下稳定，其介电损耗是所有热释电材料中最小的，适宜于非常低和非常高的工作频率范围的
13、应用。但所有晶体材料都存在一个制备困难、成本较高的问题，因此限制了其大规模的应用。有机聚合物材料70年代初被发现并用来制作红外探测器，主要有PVFPVDF和PVDFTRFE等材料。其优点是易于制得大面积薄膜，不需减薄和抛光等工序，这就使得成本大为降低。这类材料的热释电性能基本上能满足要求简单、廉价的探测器，当需要大面积的探测器时，则更加显示出其适用性。但这类材料的探测优值因介电损耗较大而严重下降，故需进一步改善其热释电性才能提高其应用价值。在各类材料中，陶瓷热释电材料由于具有制作工艺简单、成本低廉、性能稳定可靠、容易加工、机械性能好、耐电强度高等一些列优点，使其在高温、大面积、大批量、高功率及
14、环境恶劣的条件下使用显示了其优越性。与热释电单晶材料相比，铁电氧化物型热释电陶瓷具有一系列的优点1在一定温度范围内存在自发极化，当高于某一居里温度时，自发极化消失，铁电相变为顺电相；2存在电畴；3发生极化状态改变时，其介电常数温度特性发生显著变化，出现峰值，并服从CURIEWEISS定律；4极化强度随外加电场强度而变化，形成电滞回线；5介电常数随外加电场呈非线性变化；6在电场作用下产生电致伸缩或电致应变。此外，在陶瓷中可以进行多种多样的掺杂和取代，可在相当大的范围内调节其性能，如热释电系数、介电常数和介电损耗等，从而进一步提高其性能。现在用于实际应用的热释电材料一般为铅基钙钛矿铁电材料，虽然这
15、种材料拥有良好的性能，但由于其是铅基，铅的含量很大。而我们知道铅是一种对人体有害的物质，PBO一方面在制备和使用过程中都会散发有毒物质，对人体和环境造成危害，而另一方面也使陶瓷中的化学计量比偏离配方中的化学计量比，使产品的一致性和重复性降低。随着全社会对环境保护问题的重视，人们对无铅铁电陶瓷的研究掀起了热潮。13无铅热释电材料的研究目前，非铅基的无铅陶瓷按体系结构可分为三类，分别是钨青铜结构、铋层状结构和钙钛矿结构。在这三类陶瓷中，应用最多的是钙钛矿结构的陶瓷。钙钛矿结构铁电陶瓷的化学分子式为ABO3，B离子为半径较小的阳离子，与氧离子一起构成氧八面体，其配位数为6；A离子为半径较大的阳离子，
16、位于氧八面体得空隙中，其配位数为12。A离子、B离子和氧离子的半径RA、RB和RO必须满足一下关系TRRRROBOA4141其中T为容差系数，可以在0911范围内波动12。（NA05BI05）TIO3最早是在1960年有SMOLENSKY等人发明的13，简称BNT，其钙钛矿结构的A位有NA和BI3共同占据。在室温下属于三方晶系，BNT具有一些很好的特性，其居里点较高，烧成温度属中温烧结，具有较强的铁电性能，被认为是一种很有希望的无铅铁电材料。单纯BNT陶瓷的极化十分困难，因为其矫顽场很高，可以达到达73KV/MM，极化电场升至10KV/MM时仍不能得到饱和的电滞回线14，这主要是由于BNT陶瓷
17、中电畴的转向困难所导致。但是，BNT陶瓷在铁电相区得电导率相对较高，通常还没有加到所要求的极化电压时材料就已经被击穿。而且纯BNT的烧成温度范围较窄，很容易出现生烧或过烧的现象。因此，如何降低矫顽场提高BNT材料的热释电性，成为其今后走向实际应用的关键问题。研究表明，通过掺杂取代改变材料的微观结构，可使电畴的转位向变得容易，从而降低矫顽场电场强度，提高其压电性能，同时改善易烧性。目前，关于BNT陶瓷掺杂取代的研究已成为无铅热释电陶瓷研究领域的热点。131BNT基无铅热释电材料的研究进展对BNT陶瓷的研究主要集中在对其掺杂改性上，掺杂取代有A位和B取代，也可以同时进行取代。在选择掺杂组分时，通常
18、尽量避开那些污染环境或是稀有昂贵的物质以利于其实用化，这也是为今后的可持续化发展考虑。（1X）BNTXBATIO3体系室温下，BNT是三方相，BATIO3四方相，随着BATIO3含量的增加，材料结构由三方相向四方相转变。王天宝等15人提出（1X）BNTXBATIO3的准同型相界（MPB）位于X006处，温室下组成在MPB点时，材料为三方、四方平衡共存的固溶体，具有高的KT、PR、EC和较大的KT/KP比，以及较低的33，压电系数D33也高。赵明磊等人研究了（1X）BNTXBATIO3的介电热滞现象一直沿续到室温附近16。TAKENAKA进行了（1X）BNTXBATIO3合成与性能研究17，同样
19、认为准同型相界点在X006处，在相界材料的压电性能参数出现极值，平面机电耦合系数达到极大值，压电系数达到极大值，居里温度TM为288。14选题背景与主要研究内容实验研究表明（1X）BNTXBATIO3体系在X006时达到最优值，然而即便如此，它的热释电性与含铅的材料的热释电性还有一定的距离。另有实验表明掺杂K可以对陶瓷的性能起到改性的作用。但是BI05NA05TIO3BATIO3KNBO3中的BI、K、NA在高温烧结过程中非常容易挥发，从而导致烧结的陶瓷材料缺陷较多，影响其性能。CUO作为一种烧结助剂，可以降低烧结温度，适量地掺杂CUO，可降低BI、K、NA在烧结过程中的挥发，并伴有离子取代，
20、从而提高压电陶瓷材料的综合性能。因此本实验通过在添加1KNO3的基础上，继续掺杂不同含量的CUO来测试其对陶瓷热释电性能的影响。1、铁电性能的研究使用铁电分析仪测试电滞回线，分析不同含量的CUO对材料热释电性的影响。2、介电弛豫特性与相变特征的研究采用宽带数字电桥在不同频率下测量陶瓷的介电常数和介质损耗随温度的变化情况，采用铁电测试系统测量样品的变温电滞回线。分析不同含量的CUO对材料介电弛豫特性的影响，讨论材料在升温过程中的相变机理。2样品的制备工艺21固相合成法制备样品的工艺流程固相合成法师目前生产电子陶瓷产品的主要方法。与液相合成等其它方法相比，固相合成法制备无铅陶瓷更适宜于现有的陶瓷企
21、业的生产工艺流程，易推广，本论文中样品的制备采用固相合成法，其工艺流程如图21所示。图21固相合成法制备样品的工艺流程211具体的实验过程配料混磨干燥预压预烧破碎球磨干燥成型排塑烧成磨片被银极化测量回馈本实验所需的主要化学原料有六种，分别是BI2O3999，NA2CO3998，TIO299,BACO399，K2CO399和NB2O5995。BI2O3999，CUO99，NA2CO3998，TIO299,BACO399预合成BI047NA047BA006TIO3BNBT多晶粉体；利用K2CO399，NB2O5995预合成KNBO3KN多晶粉体，两种氧化物粉末在纯酒精中使用球磨机研磨10小时，然后
22、烘干，再在850条件下使用箱似炉烧结2小时。将烧结好的BNBT、KN和CUO粉末按百分比配料球磨10小时后干燥，再用5浓度的PVA溶液造粒过筛，这可以得到均匀的晶粒。在100MPA条件下压成直径10MM，厚度为1MM的样品，然后用圆形切割机切成圆形薄片，在1150OC条件下烧结3小时，样品磨平后被银，在650OC烧渗银电极。然后在80OC硅油中以34KV/MM极化20分钟，在空气中放置24小时后测试其性能。3实验的测量31陶瓷热释电性能的测量随着计算机的广泛普及，使得建立计算机自动测试系统成为现实。计算机通过程控整个测量过程，经过数据处理，可以同时以多种方式显示测量结果，这样大大减少了人工参与
23、，提高了测量的可重复性，减少了人为主观上的误差，测量速度被加快，精度提高了。由于热释电材料在受热过程中弹性边界条件和加热晶体方式的不同，可将热释电效应分为三类18。对于材料均匀受热的情况，材料在受热过程中受到夹持，即体积和外形均保持不变时所观察到得热释电效应称为第一热释电效应，相应的热释电系数称为第一热释电系数，可表示为DTDPSP/（31）式中PS为晶体的自发极化强度，T为晶体的绝对温度；本论文就是根据上式来计算材料的热释电系数。311电滞回线测量和原理电滞回线是铁电体的重要特征和重要判据之一，通过电滞回线可以求得饱和极化强度PSA（数值上等于自发极化强度PS）、剩余极化强度PR和矫顽场强E
24、C等铁电参数。当对铁电体施加外电场时，在电场较强的情况下，铁电体的极化强度并不是随外电场作线性变化，而是在一定温度范围内呈双值函数，出现滞后回线的关系，将此称为电滞回线。电滞回线的存在时判定某材料是否为铁电体的重要根据。图311就表示了铁电材料的极化强度对电场的关系电滞回线19。图311铁电材料的电滞回线32陶瓷介电性能的测量铁电陶瓷具有很高的介电常数，其极化机制比较特殊。由于铁电陶瓷内部具有许多自发极化方向不同的微小区域（称为电畴），这些电畴的极化方向在一般情况下是杂乱无章的，这在宏观是的表象就是物体不出现极化强度。但是，一旦加上外加电场，这些电畴能被外电场重新定位，转向外场方向。铁电陶瓷的
25、自发极化是材料本身所固有的，远比靠电场所能诱导的感应极化高，从而使其介电常数非常高，其相对介电常数通常高达数千甚至上万。介电常数随温度的变化很大，介电常数在居里温度下出现峰值；介电常数随频率的增加稍有下降，这种现象称为介电常数频率的弥散。陶瓷测量的介质损耗角是陶瓷介电质在电场作用下能量损耗的重要参数。其大小可用单位体积的电介质在单位电场强度作用下的能量耗散来度量。陶瓷测量的介质损耗角是温度和频率的函数。对于漏导电流占介质损耗主导地位的测量，损耗角正切随温度的增加呈指数上升，这是由于有功漏导电流随温度指数上升所致；此类材料的损耗角正切随频率的增加单调地下降，这是因为有功漏导电流不随频率而变，而无
26、功电容电流则随频率增加。对于以缺陷偶极子为主要损耗机制的材料，损耗角正切的温度关系和频率关系都出现极值，并且极值温度随频率的增加移向高温，极值频率随温度的增加移向高频20。介电损耗是指电介质在变电场下所蓄积的有功电荷（也称同相电荷，由电导过程所引起的电荷蓄积）与无功电荷（也称异相电荷，由介质弛豫过程所引起的电荷蓄积）的比值，通常用TAN来表示电介质的介质损耗，称为介质损耗角正切值或损耗因子，由低频阻抗分析仪直接测量出样品1KHZ下的介电损耗TAN。介电常数反映材料的介电性质或计划性质，通常用表示。常说的介电常数其实为相对介电常数，用R表示。样品室温时相对介电常数R由下式计算出ADCTR0/（3
27、2）其中CT为自由电容，由低频阻抗分析仪直接读出，D为样品的厚度，A为样品的有效电极面积。4实验的讨论41CUO对BNBT1KN热释电材料铁电性能的影响图41不同CUO含量的BNBT1KN的电滞回线图41为不同CUO含量的BNBT1KN材料在室温时的电滞回线。电滞回线是铁电体的重要特征和重要的判据之一。从图41可以看出，CUO掺杂的BNBT1KN材料都具有良好的铁电性能。这说明，CUO的掺杂不会改变BNBT1KN材料处于铁电三方相区这一状态，即CUO掺杂的BNBT1KN陶瓷材料均处于铁电三方相区，且均具有良好的铁电性能。42CUO对BNBT1KN热释电材料压电性能的影响表421BNBT1KNX
28、CUO1115（1KHZ）的介电参数XD（厚度）MMTAN330075351056025076289220507821874106152885320615311072图421介电常数与损耗随CUO含量的变化从表421和图421我们可以看到介电损耗TAN随着CUO的含先是下降，当它到达05的时候又继续上升；33先是减小然后增大，在X2的时候达到最大值；综合考虑，当X05的时候陶瓷的介电性能达到最大值。CU以CU2的方式取代BA2或K,起受主作用，其取代导致晶格上出现氧空位。氧空位的出现使钙钛矿结构的三维氧八面体族产生明显的畸变。扭曲的氧八面体使电畴向产生“钉扎效应”，阻碍了极化翻转21。因而CU
29、O的掺杂使BNBT1KN陶瓷的R和TAN变小。但随着CUO的进一步增多，因CU引入的大量氧空穴却为束缚电荷的运动提供了有利条件，这些运动的束缚电荷形成有效载流子，使电导上升，从而介电损耗增大。这与实验结果一致，掺杂CU量得增加，介电损耗先增加后降低。综合考虑，当X025的时候陶瓷的介电性能达到最大值，这能对陶瓷起到很好的改性效果。43CUO对BNBT1KN热释电材料介电性能的影响图43BNBT1KNXMOLCUO陶瓷在100HZ，1KHZ，10KHZ，100KHZ，1MHZ下的介电常数33与介电损耗TAN随温度的变化（A）X0；（B）X025；（C）X05；（D）X1；（E）X2图43为BNB
30、T1KNXMOLCUO陶瓷在100HZ，1KHZ，10KHZ，100KHZ，1MHZ下的介电常数33与介电损耗TAN随温度的变化曲线。从图中我们可以看到陶瓷样品的介电常数33与介电损耗TAN的温度曲线存在三个峰，我们称之为介电异常峰。三个介电异常峰对应的温度分别为TD，TS，TM。第一个异常峰发生在TD处，其值和测试的频率关系不大。TD为退极化温度，至于它之所以发生退极化的原因，在科学界也是争论不休，没有一个定论。第二个异常峰发生在TS处，其值与测试的频率有很大的关系，在高频1MHZ下观察不到介电异常峰，这就表示第二个介电异常峰不是一个相转变峰，在低频下观察到的介电异常峰主要是由于空间电荷引起
31、的介电异常。第三个异常峰发生在TM处，为反居里转变峰。从图43中我们还可以看出，所研究的陶瓷样品的第三个介电峰均为平缓圆滑的峰，说明它们都具有弥散型相变铁电体的特征。按照SMOLENSKII的成分起伏理论22，对一个化学组成复杂、在同一晶位上有多种离子共同占位的复合钙钛矿铁电体，其化学组成和晶体结构在纳米尺度上通常不均匀，在材料中形成极化行为不同的微区，微区的存在使得材料在弱场中发生极化弛豫，导致铁电一顺电相变温度扩展为一个相变温区，正常铁电体便演化为弛豫型铁电体。对BNBT1KNXMOLCUO陶瓷,其A位晶格被BA2、BI3、NA与K共同占据，B位晶格被NB5、TI4和CU2共同占据，引起化
32、学组成和晶体结构在纳米尺度上的不均匀，导致材料明显的弛豫特性。44CUO对BNBT1KN热释电材料热释电系数的影响图44热释电系数随CUO含量的变化从图44中我们可以看到P值随CUO含量的增加先是有个快速的爬升，在025的时候达到一个最大值，之后随着CUO含量的继续增加，P先是下降然后又缓慢增加。这说明少量CUO含量的增加对BNBT1KN热释电材料有一个很大的改性，即使是下降，也比没有添加时的P值要大。一开始P值的快速爬升是由于CUO的加入使得烧结的温度降低，从而使BI、K、NA的挥发减少；后来随着CUO的继续加入，CU取代了少量BI、K、NA的外置，使得晶格不对称，而使P值降低；随着CU的大
33、量加入，CU取代了大量的BI、K、NA，使晶格重新趋于平衡，因此P有再次的缓慢上升。5结论和展望本文以固相合成法制备BNBT1KNXCUO陶瓷为目的，在此基础上研究了CUO的含量对BNBT1KN热释电材料介电性能、铁电性和热释电系数的影响。现将本文的主要工作以及所得到的结论、有待于进一步深入研究的问题总结如下。51本工作的主要结论在分析了国内外本领域研究现状的基础上，以掺杂CU和K元素的肽酸铋钠（简称BNBT）热释电陶瓷材料为研究对象，采取传统的固相合成法合成并制得了BNBT1KNXCUO陶瓷，通过铁电分析仪和阻抗分析仪测量得到的数据对CUO含量对其材料性能的影响的分析，得到了以下的结论通过对
34、不同组分BNBT1KNXCUO陶瓷介电性能和热释电性能的研究，发现随着CUO含量的增加，材料的热释电系数明显提高，介电常数和介电损耗都是先降低后上升，因此综合起来考虑，当X025时，材料的热释电性能最佳。52有待深入研究的问题及前景展望本工作对BNBT1KNXCUO陶瓷的热释电性进行了一定的研究，并得到了一些有价值的结论，对非制冷红外焦平面阵列用热释电材料的开发有一些参考价值。但是，由于热释电材料微观机制比较复杂，工艺条件和实验设备的要求对实验的影响仍然有许多未知的内容，对材料掺杂改性的研究本身也处于起步阶段，再加上作者的水平和时间的限制，作者深知，本项工作还有许多内容有待进一步研究。这主要包
35、括以下内容1本工作采用的陶瓷粉体均为传统的固相合成法制得，虽然简单快捷，但是由于固相法存在成分不均匀、粉体颗粒粒径大等缺点，使得造粒后压制成型的成功率低，而粉体的质量又直接和烧成的陶瓷性能有着直接关系。因此，如果能用液相法合成陶瓷粉体并利用凝胶注模等先进的成型工艺来制备陶瓷胚体，必定会使材料的性能得到提升。2本文只研究了不同含量CUO对材料的影响，并没考虑制备工艺，比如烧结温度、热压压力和烧结气氛对材料的热释电性能的影响，不是很全面。如果能在烧结温度、烧结气氛和热压压力和不同含量四个因素系统中开展研究的话，会使研究结论更加的全面和更加的有参考价值。这会对今后的实验的指导意义更为突出。3本实验只
36、研究了不同含量CUO对材料介电性能、铁电性能和热释电系数的研究，期间由于实验条件和设备的原因，并没有测量其微观结构和三个优值。因此不能很全面的考虑热释电性能的优劣。目前，BNBT陶瓷的掺杂改性已经在国内外获得了深入的研究，这类陶瓷虽然有较好的热释电系数和较低的介电损耗，但和传统的含铅基的热释电陶瓷相比还是有很大的差距。这类陶瓷的最大缺点是矫顽场大，居里温度高。但是基于全球的可持续发展和环保意思的增强，铅基陶瓷终将被淘汰，随着工艺技术水平的提高和高性能的掺杂物质的找到，必将进一步提高其热释电性能，使其红外探测性能在军民应用领域得到普及。与其它UFPA，如VOX阵列相比，尽管热释电非制冷红外焦平面
37、阵列器具有需要斩波器、硅兼容差的缺点，但其适用于大阵列的特点已经为红外夜视技术领域注入了新的活力。在国外，期望UFPA在性能上的提高已经吸引了大量的科学工作者对其的研究。在探测原材料方面，正朝着高探测率、低噪声和与硅技术兼容的方向发展。在器件集成方面，正循着多芯片组建（MCM）和高度集成化的方向发展24。基于它的经济性和可接受的性能，其应用范围将会迅速扩大。参考文献1陈玻若红外系统北京兵器工业出版社，19552徐金卿，陈任，程东杰红外物理与技术陕西西安电子科技大学出版社，19893KATSUYAM,KAZUHIKOH,SHINJITETALHUMANINFORMATIONSENSORSENSO
38、RSANDACTUATORS,1988,66184HANSONCUNCOOLEDTHERMALIMAGINGTECHNOLOGYSPIE,1993,20203303395KAZUHIKOH,TOMOHIROT,KATSUYAMETALHIGHPERFOMANCEHUMANINFORMATIONSENSORSENSORSANDACTUATORS,2000,7946526刘梅冬，许毓春压电铁电材料与器件武汉华中理工大学，19907向世明，易国强光电成像器件原理北京国防工业出版社，19998张福学现代压电学（上册）北京科学出版社，20021822139LANGSBPYROELECTRICITYA23
39、00YEARHISTORYFERROELECTRICS,1974,71423223510MEGAWHDFERROELECTRICITYINCRYSTALSLONDONMETHUENPRESS,195711钟维烈铁电体物理学北京科学出版社，196648748812邓峰，将胜林，等铌锰锑锆钛酸铅热释电陶瓷的热压烧结工艺研究华中科技大学硕士学位论文200713曾中明，陈国华，等ABO3钙钛矿型电子陶瓷材料的研究进展佛山陶瓷，2002,64（7）1414SMOLENSKYGA,ISUPOVVA,AFRANOVSKAYAAI,ETALNEWFERROELECTRICSOFCOMPLEXCOMPOSITI
40、ONJSOVPHYSSOLIDST,1961,112651265415LIYUEMING,CHENWEN,XUQINGZHOUJING,SUNHUAJUN,LIAOMEISONGDIELECTRICANDPIEZOELECTRICPROPERTIESOFNA05BI05TIO3K05BI05TIO3NANBO3LEADFREECERAMICJOURNALOFELECTROCERAMICSACCEPTED16赵明磊，王春雷，等NA05BI05TIO3BATIO3陶瓷的介电和压电性能研究无机材料学报，2002,17（1）616517赵明磊，王春雷钛酸铋纳系陶瓷的介电热滞现象压电与声光，2001,2
41、3（3）22723118TADASHITAKENAKA,KEICHIMARUYAMA,KOICHIROSAKATABI05NA05TIO3BATIO3SYSTEMFORLEADFREEPIEZOELECTRICCERAMICSJAPANESEJOURNALOFAPPLIEDPHYSICS1991,309B2236223919姜胜林，曾亦可，林汝湛，等制备钛酸锶钡铁电薄膜的方法中国，发明专利，CN1580322,200520刘瑞斌，林盛卫，瞿翠凤，等红外焦平面阵列热成像用陶瓷热释电材料的研制硅酸盐学报，1995,23（3）32733021胡勇，曾亦可，等，红外探测器用PLCT热释电材料的研究硕士学位论文200622李标荣，王彼珍，张绪礼无机电介质武汉华中理工大学出版社，199511413823SMOLENSKYGA,AGRANOVUSAIDIELECTRICPROPERTIESOFCOMPLEXCOMPOUNDJSOVPHYSSOLIDSTATE,199524林汝湛，姜胜林，等高性能PZT系热释电陶瓷材料研究华中科技大学硕士学位论文2006
