《陶瓷材料》课程教学资源（PPT课件）第六章 功能陶瓷 6.5 热释电陶瓷

6.5热释电陶瓷 第六章功能陶瓷 陶瓷的热释电效应 晶体受热温度升高，由于温度变化而导 致自发极化的变化，在晶体的一定方向 上产生表面电荷，这种现象称为热释电 效应。 热释电效应是一种自然现象，也是晶体 的一种物理效应

一 陶瓷的热释电效应 ⚫晶体受热温度升高，由于温度变化而导 致自发极化的变化，在晶体的一定方向 上产生表面电荷，这种现象称为热释电 效应。 ⚫热释电效应是一种自然现象，也是晶体 的一种物理效应。 6.５ 热释电陶瓷 第六章 功能陶瓷

6.5热释电陶瓷 第六章功能陶瓷 。热释电效应反映了晶体的电量与温度之间 的关系，可用下式表示： △P=P△T △P、:自发极化的变化量； P：热释电系数； △T：温度的变化量

Ps = PT Ps ：自发极化的变化量； P ：热释电系数； T ：温度的变化量。 6.５ 热释电陶瓷 第六章 功能陶瓷 ⚫ 热释电效应反映了晶体的电量与温度之间 的关系，可用下式表示：

6.5热释电陶瓷 第六章功能陶瓷 ●晶体中存在热释电效应的前提是： ●具有自发极化，即晶体结构的某些方向的 正、负电荷中心不重合（存在固有电矩） ●有温度变化，即热释电效应是反映材料在 温度变化状态下的性能

6.５ 热释电陶瓷 第六章 功能陶瓷 ⚫ 晶体中存在热释电效应的前提是： ⚫ 具有自发极化，即晶体结构的某些方向的 正、负电荷中心不重合（存在固有电矩） ⚫ 有温度变化，即热释电效应是反映材料在 温度变化状态下的性能

6.5热释电陶瓷 第六章功能陶瓷 ●在32类晶体中，只有10类不具有对称中心 的极性晶体，即具有极化轴的晶体才具有热 释电效应。这些热释电晶体又分两类： 一类是具有自发极化，但是自发极化不能为 外电场所转向的晶体。 ●另一类是自发极化可为外电场所转向的晶体， 即铁电晶体

6.５ 热释电陶瓷 第六章 功能陶瓷 ⚫ 在32类晶体中，只有10类不具有对称中心 的极性晶体，即具有极化轴的晶体才具有热 释电效应。这些热释电晶体又分两类： ⚫ 一类是具有自发极化，但是自发极化不能为 外电场所转向的晶体。 ⚫ 另一类是自发极化可为外电场所转向的晶体， 即铁电晶体

6.5热释电陶瓷 第六章功能陶瓷 ●这些铁电晶体中大多数可制成多晶陶瓷。 ●陶瓷体经过强直流电场的极化处理后，能 从各向同性体变成各向异性体，并具有剩 余极化，就象单晶体一样呈现热释电效应

6.５ 热释电陶瓷 第六章 功能陶瓷 ⚫ 这些铁电晶体中大多数可制成多晶陶瓷。 ⚫ 陶瓷体经过强直流电场的极化处理后，能 从各向同性体变成各向异性体，并具有剩 余极化，就象单晶体一样呈现热释电效应

6.5热释电陶瓷 第六章功能陶瓷 热释电材料的自发极化(P。)温度特性如图 6-5所示。在居里温度T。附近，自发极化急剧 下降；而远离居里温度时，其自发极化随温度 的变化相对较小。也就是说，在居里温度附近， 热释电效应较大

热释电材料的自发极化（ Ps ）温度特性如图 6-5所示。在居里温度 Tc 附近，自发极化急剧 下降；而远离居里温度时，其自发极化随温度 的变化相对较小。也就是说，在居里温度附近， 热释电效应较大。 6.５ 热释电陶瓷 第六章 功能陶瓷

6.5热释电陶瓷 第六章功能陶瓷 由式△P,=PAT可知，在恒定压力和恒 定电场下，热释电系数可表示为： P= P,:自发极化：T:温度； E:电场； O：弹性应力； P称为一级热释电系数，以P°表示

由式 Ps = PT 可知，在恒定压力和恒 定电场下，热释电系数可表示为： E s T P P         = Ps ：自发极化； T ：温度； E ：电场；  P称为一级热释电系数，以 表示。 s Pi 1 i s Pi = Pi + P  6.５ 热释电陶瓷 第六章 功能陶瓷 ：弹性应力；

6.5热释电陶瓷 第六章功能陶瓷 应该注意到，在温度变化时，不但使系统的 熵值变化产生自发极化变化，而且，因温度 变化造成应变。 应力产生变化，通过压电效应又对自发极化 造成影响。这类热释电系数称为二级热释电 系数。所以，总的热释电系数应由两部分

1 i s Pi = Pi + P  6.５ 热释电陶瓷 第六章 功能陶瓷 ⚫ 应该注意到，在温度变化时，不但使系统的 熵值变化产生自发极化变化，而且，因温度 变化造成应变。 ⚫ 应力产生变化，通过压电效应又对自发极化 造成影响。这类热释电系数称为二级热释电 系数。所以，总的热释电系数应由两部分

6.5热释电陶瓷 第六章功能陶瓷 组成：P=P+P,式中， 在恒定应力下测得的总热释电系数； ：在恒定应变下的热释电系数，称为 一 级热释电系数； Pl: 二级热释电系数，是由晶体热应变引 的

组成： 1 i s Pi = Pi + P  ，式中，  Pi ：在恒定应力下测得的总热释电系数； s Pi ：在恒定应变下的热释电系数，称为 一级热释电系数； 1 Pi ：二级热释电系数，是由晶体热应变引 起的。 6.５ 热释电陶瓷 第六章 功能陶瓷

6.5热释电陶瓷 第六章功能陶瓷 二热释电陶瓷材料及其应用 热释电材料有单晶和陶瓷两大类 ●单晶热释电材料包括：TGS(硫酸三甘肽)、 LiNbO3和LiTaO3、Ba-Sr)Nb2O6等。 ●正在发展应用的热释电陶瓷材料有：BaTiO3 陶瓷、PbTiO3陶瓷、Pb(Zr,Ti)O3陶瓷等

二 热释电陶瓷材料及其应用 6.５ 热释电陶瓷 第六章 功能陶瓷 ⚫ 热释电材料有单晶和陶瓷两大类 ⚫ 单晶热释电材料包括：TGS（硫酸三甘肽）、 LiNbO3和LiTaO3、(Ba-Sr)Nb2O6等。 ⚫ 正在发展应用的热释电陶瓷材料有：BaTiO3 陶瓷、PbTiO3陶瓷、Pb(Zr,Ti)O3陶瓷等