钛酸锶钡的热释电特性与红外探测器的研制

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采用常规的陶瓷制备工艺,制备出不同组分和掺杂浓度的钛酸锶钡 (BST)陶瓷,研究了材料的热释电性能。选用优质的 BST陶瓷,精心设计驱动电路,研制出了一种实用的非致冷红外热释电探测器。 在材料方面,研究了 BST 陶瓷的制备工艺和电性能的关系,制备出在不同温度下预烧的 BST 陶瓷粉体样品,并通过x射线衍射和热分析测试,确定了最佳预烧温度为 1000℃;BST 陶瓷经过极化后,其介电性能、铁电性能和热释电性能均有大的改善;对不同组分的 Ba<,x>Sr<,1-x>TiO<,3>(x=0.7~0.9)陶瓷的电学性能进行比较分析,发现 BST80 (x=0.8)的性能在室温下相对其它组分更优。在频率为200 kHz,温度为33℃时,极化后的BST80陶瓷的介电常数(ε)、介电损耗(tanδ)、剩余极化强度(2Pr)、矫顽场强(E<,c>)、热释电系数(p)、电压优值因子(F<,v>)、电流优值因子(F<,I>)和探测度优值因子(F<,D>)分别为 2416.1、0.0232、6.4 μC/cm<2>、1.5 kV/cm、1033 μC·m<2>·K<-1>、1.51×10<-2>C·m<2>·J<-1>·F<-1>、3.23×10<-10>C·m·J<-1>和1.49×10<-5>C·m<3/2>·J<-1>·F<1/2>。为了改善陶瓷的电学性能,对 BST80 陶瓷进行了Al<,2>O<,3>掺杂改性,结果发现:掺杂之后的样品介电常数变大,介电损耗大大减小,热释电系数变大,有效地提高了材料的热释电性能。 在器件上,以性能优异的 BST80 陶瓷作为敏感元,配合电子电路,研制出一种实用非致冷红外热释电探测器。这种红外热释电探测器包括灵敏元、场效应管放大电路、集成滤波放大电路和供电电源电路。灵敏元的上下电极分别采用镍-铬合金与银金属,封装在带有硅窗的TO5管内,所产生的微弱信号经场效应管放大电路放大后,与以四运放LM324为核心的滤波放大电路相连,输出的有效信号使蜂鸣器发出报警声,放大电路由交直流稳压电路供电。经过充分调试,该探测器的探测灵敏度明显地高于国内市场产品,能实现防盗、防火和探测等功能。
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