热释电发生器制造技术

一种热释电装置，包括：具有热释电系数p的多个极性电介质材料层，其中各层表现出热释电特性；以及多个导电电极，其中各导电电极与所述多个极性电介质材料层中的至少一个极性电介质材料层各自的一个表面的至少一部分实质相接触，其中，各导电电极以并联配置电气连接，以形成包括所述多个极性电介质材料层和所述多个导电电极的一系列电容器。

Pyroelectric generator

A pyroelectric device includes the pyroelectric coefficient of P multi polar dielectric material layer, wherein each layer exhibit pyroelectric properties; and a plurality of conductive electrodes, wherein at least one polar dielectric material of each conductive electrode and a plurality of polar dielectric material layer material at least a portion of their essence of a surface contact, wherein the conductive electrodes are connected in parallel electrical configuration, to form a series capacitor includes a plurality of polar dielectric layer and the conductive electrode.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】热释电发生器
本专利技术涉及特别是针对温度变化测量的经由热释电效应的热-电能量转换的
本专利技术更具体地涉及热释电装置及其用途、温度变化测量装置以及温度变化的测量方法。
技术介绍
目前，基于锆钛酸铅(PZT)或聚偏二氟乙烯(PVDF)的单元件热释电单元用于温度变化检测。这种单元件热释电单元通常是通过使用昂贵的材料和工艺而特意制造的专用装置。为了从这种装置获得足够的电流，通常将有效表面积制造得较大，这可能继而导致装置大小以及装置制造成本增加。本专利技术的目的是提供特别是针对温度变化检测的高性能的热释电发生器，这种热释电发生器价格低廉、非常灵敏且尺寸小，以便在多个微电子和工业应用中使用，其中有所减小的尺寸和最佳温度灵敏度是常见要求。
技术实现思路
通过独立权利要求的主题来解决所提到的问题和目的。另外的优选实施例在从属权利要求中限定。根据本专利技术的一个实施例，提供了一种热释电装置，包括：具有热释电系数p的多个极性电介质材料层，其中各层表现出热释电特性；以及多个导电电极，其中各导电电极与所述多个极性电介质材料层中的至少一个极性电介质材料层各自的一个表面的至少一部分实质相接触，其中，各导电电极以并联配置电气连接，以形成包括所述多个极性电介质材料层和所述多个导电电极的一系列电容器。根据本专利技术的其它实施例，提供了相应热释电装置的用途以及测量温度变化、测量相应热释电装置的输出响应的方法。附图说明现在将参照附图来描述本专利技术的实施例，这些实施例是为了更好地理解本专利技术的构思而呈现的并且不应被视为限制本专利技术，其中：图1示出本专利技术的实施例中的MLCC(多层陶瓷电容器)结构的使用；图2示出多个传统MLCC装置的命名和大小；图3示出关于减小层厚度并增加层数以增加容量的MLCC演变；图4示出示例1的PZT-5A样本的正视图；图5示出示例1中使用的热释电元件的模型；图6示出示例1中的PZT-5A元件所产生的功率的测量结果和预测结果；图7示出示例1中的PMN-PT元件所产生的功率的测量结果和预测结果；图8示出示例1中的PVDF元件所产生的功率的测量结果和预测结果；图9示出根据本专利技术的实施例的采用1mV/1℃的温度标度和1MΩ的负载电阻器的单个MLCC测试；图10示出示例2的边长为4cm的PZT单元；图11示出示例2的PZT单元#3的电流I和温度T随时间经过的测量值；图12示出针对示例2的三个PDVF单元所测量的电流；图13示出在示例2的PZT单元#4放置在空调出风口处的情况下的PZT单元#4的温度T和所产生的电流I；图14示出根据本专利技术实施例的采用1mV/1℃的温度标度和100μF的负载电容器的以快的速率进行的四个MLCC单元的测试；图15示出根据本专利技术实施例的采用1mV/1℃的温度标度和100μF的负载电容器的以缓慢的速率进行的四个MLCC单元的测试；图16示出示例3中在三个不同的环境条件下用温度循环测试的PVDF单元；图17示出具有全波整流器桥的热释电单元电流发生器；图18示出根据本专利技术的实施例的MLCC热释电装置的顶视图；图19示出根据本专利技术的实施例的MLCC热释电装置的侧视图；图20示出根据本专利技术的实施例的单个MLCC热释电单元；图21示出根据本专利技术的实施例的多片型MLCC热释电单元；图22示出根据本专利技术的另一实施例的驱动外部装置的MLCC热释电单元；以及图23示出根据本专利技术的另一实施例的搭载有利用装置的集成MLCC热释电单元。具体实施方式通常，由于以并联配置的连接所允许的电容器的有效表面的增加，本专利技术的实施例可以实现高灵敏度和高电流输出响应。根据本专利技术的优选实施例，热释电装置已经经过合适的极化工艺，以迫使材料的铁电畴将铁电畴的偶极子在相同的方向上对准。例如，钛酸钡(BaTiO3)可以在其极化陶瓷状态中表现出热释电性质。极化是指迫使材料的铁电畴将铁电畴的偶极子在相同的方向上对准。施加到BaTiO3陶瓷的强电场可以使畴极化沿场方向对准。在移除电场之后，可以使材料畴保持对准。通常，剩余极化的量依赖于温度和极化工艺的持续时间。一种有效的技术是在陶瓷冷却通过居里点(对于BaTiO3而言为120℃÷130℃)时施加并维持强电场。这种技术在材料中诱导强对准，这是因为在居里点以上，畴自由移动，并且畴可以使势能最小化，由此使畴沿电场方向排列。在陶瓷冷却到居里点以下的情况下，畴的重新排列困难得多，并且即使在极化电场关闭的情况下，畴仍趋于维持所实现的对准配置。对于“良好极化”的样本，即对于接近饱和的极化，BaTiO3陶瓷的极化电荷大于8μQ/cm2。惊讶并出乎意料地发现，电子电路构建用的传统非极化小型电容器、多层陶瓷电容器、特别是MLCC可以通过上述方法有效地极化。所述电子电路构建用的小型电容器和MLCC不会由于极化工艺而损坏或变形，并且这些小型电容器和MLCC在上述极化工艺之后表现出显著改进的热释电性质，其特征在于所获得的热释电常数的高再现性以及响应于温度变化的相对高的电流输出。通常，热释电材料响应于温度的变化，从而在材料的表面上产生电荷。热释电单元产生的电流基于热释电效应，从而将温度变化转换为相应的电输出。热释电电流由下式给出：Ip＝dQ/dt＝p·A·dT/dt，其中，p是热释电系数，并且A是电极表面的面积。根据本专利技术的优选实施例，多个极性电介质材料层和多个导电电极彼此垂直堆叠。由此，可以实现热释电装置的小的紧凑尺寸。根据本专利技术的另一优选实施例，一系列电容器包括至少两个或三个电容器。由于并联配置中的连接所允许的电容器有效表面增大了2或3倍，因此可以实现更高的灵敏度和更高的电流输出响应。根据本专利技术的另一优选实施例，一系列电容器包括多于十个电容器。由于并联配置中的连接所允许的电容器有效表面增大了10倍以上，因此可以实现有所增加的灵敏度和电流输出响应。根据本专利技术的另一优选实施例，彼此垂直堆叠的多个极性电介质材料层和多个导电电极集成在小尺寸(例如小于5或1mm)的MLCC电容器(多层陶瓷电容器)中。小尺寸的传统MLCC(多层陶瓷电容器)如今可以大量并且非常廉价地市售。因此，根据本专利技术的实施例，热释电装置可以由此以低成本制造并且可以在大量工业应用中使用，其中在这些工业应用中，经常需要非常小的尺寸和针对温度变化的非常高的灵敏度。在MLCC(多层陶瓷电容器)的小型化中观察到的趋势是尽力增加电容容积效率(μF/cm3)。图1中示出典型的单片MLCC结构。多个电介质层和导电层交替堆叠：奇数导电层在一端电气连接，而偶数导电层在相对端电气连接；这两个外部端子形成电容器极板的电触点。MLCC的电容Ct可以表示为：Ct＝ε0·εr·N·S/d，其中，S是内部电极的重叠面积，N是个体电介质层的数量，εr是陶瓷BaTiO3电介质的相对电介质常数，d是电介质层的厚度，ε0是真空的电介质常数。图1中示出MLCC电容器的典型结构。在图2中，示出装置的总体视图以及不同尺寸的市售MLCC的EIA代码的部分列表。多年来，由于层数增加和层厚度减小，因此这些装置的制造技术实现了连续改进，由此具有更高的容量和有所减小的尺寸。图3中示出这种演变。根据上述考虑，MLCC电容器的特征在于两个主要参数：MLCC电容器的活性(重叠)面积A(导电层的实际“面对面表面”)和陶瓷(BaTiO3)电介质本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热释电装置，包括：具有热释电系数p的多个极性电介质材料层，其中各层表现出热释电特性；以及多个导电电极，其中各导电电极与所述多个极性电介质材料层中的至少一个极性电介质材料层各自的一个表面的至少一部分实质相接触，其中，各导电电极以并联配置电气连接，以形成包括所述多个极性电介质材料层和所述多个导电电极的一系列电容器。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.11 EP 14184401.91.一种热释电装置，包括：具有热释电系数p的多个极性电介质材料层，其中各层表现出热释电特性；以及多个导电电极，其中各导电电极与所述多个极性电介质材料层中的至少一个极性电介质材料层各自的一个表面的至少一部分实质相接触，其中，各导电电极以并联配置电气连接，以形成包括所述多个极性电介质材料层和所述多个导电电极的一系列电容器。2.根据权利要求1所述的热释电装置，其中，极性电介质材料的铁电畴通过极化工艺与所述铁电畴的偶极子在相同方向上对准。3.根据权利要求1或2所述的热释电装置，其中，所述多个极性电介质材料层和所述多个导电电极彼此垂直堆叠。4.根据前述权利要求中任一项所述的热释电装置，其中，所述一系列电容器包括至少两个或三个电容器。5.根据前述权利要求中任一项所述的热释电装置，其中，所述一系列电容器包括数量超过十个的电容器。6.根据前述权利要求中任一项所述的热释电装置，其中，彼此垂直堆叠的所述多个极性电介质材料层和所述多个导电电极集成在多层陶瓷电容器即MLCC电容器中，所述MLCC电容器的大小优选小于5mm或小于1mm。7.根据前述权利要求中任一项所述的热释电装置，其中，导电电极层彼此垂直排列并且通过导电电极层之间的极性电介质材料层隔开，以及所述导电电极层交替地电气互连在一起，以构建彼此堆叠且并联连接的多个电容器的组。8.根据前述权利要求中任一项所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：科拉多·弗加托，
申请(专利权)人：锡克拜控股有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH