本发明专利技术涉及一种铁电-反铁电相变热释电陶瓷材料，属于热释电陶瓷领域。本发明专利技术公开了一种铁电-反铁电相变热释电陶瓷材料、热释电陶瓷元件及其制备方法。该陶瓷材料的化学成分符合化学通式(Pb1-3x/2Lax)(ZryTizSn1-y-z)O3，其中0＜x≤0.025，y＝0.38～0.46，z＝0.14～0.18；所述陶瓷材料在室温下为铁电相，有无外加电场时，随温度变化均会发生可逆的铁电-反铁电相变。该热释电陶瓷元件经极化处理后或在直流偏压作用下，伴随FE-AFE相变有较大的极化变化，从而获得较大的热释电响应，比传统热释电系数高2-4倍，基本不存在热滞，可用于非制冷红外探测技术或热-电能量转换等领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于热释电陶瓷领域，涉及一种相变热释电陶瓷，尤其涉及一种铁电-反铁电(FE-AFE)相变热释电陶瓷材料和陶瓷元件。
技术介绍
热释电效应可直接用于红外探测、热-电能量转换、热焦耳应用等方面。由于具有制备方便、成本低廉、性能稳定等优点，热释电陶瓷材料在军用和民用领域都得到了广泛的应用。目前使用较多的热释电陶瓷大致可以分为两大类一类为传统热释电陶瓷，如 Pb(ZrxTih)O3(PZT)基陶瓷，利用其在远离相变点时极化随温度的变化，工作在居里温度 (Tc)以下；另一类为相变热释电材料，如(BaxSr1JTiO3(BST)基、Pb (Sc0.5Ta0.5) O3 (PST)基陶瓷，主要利用相变附近介电常数随温度的变化产生的感应热释电效应，工作在T。附近，需要外加偏置电场。此外，具有低温-高温铁电三方相(FKaT)-Fiuht))相变的富锆PZT基陶瓷由于热释电系数较高、相变时材料的介电常数几乎不变、无需重新极化等优点，也得到了广泛研究。通过离子掺杂、工艺改进等手段，铁电陶瓷的热释电性能得到了提高。S. T. Liu等 (Ferroelectrics,3,281 (1972).)制备了掺La的PZT陶瓷，相比于其它材料，其热释电系数可提高到 18 X ICT8C · CnT2 · Γ1。N. M. Shorrocks 等(Ferroelectrics, 106，387 (1990) ·) 研究了偏压下PST陶瓷的感应热释电响应，在铁电-顺电(FE-PE)相变附近热释电系数峰值约为 60X ICT8C · CnT2 · Γ1。R-M-Henson 等(Phys. Stat. Sol. (a)，46，511 (1978).) 通过调整组成，将 PbTi03-PbZr03-Pb(Fe1/2Tai/2)03(PZFNT)三元系 FKaT)-FK(HT)相变的热滞减小到了 0.5°C。1992 年，B. Μ· Kulwicki 等(Proceedings of the 8 th IEEE ISAF，90， 1(1992).)对常用热释电材料的性能进行了统计分析，其中BST陶瓷的热释电系数可达 70X IO-8C · cm_2 · Γ1，该材料目前是一种重要的商用热释电陶瓷。利用相变时的能量转换和电致伸缩效应，Sn改性的PZT(PZST)基陶瓷被广泛应用在储能电容器、水声换能器等领域。长期以来，对PZST基陶瓷的相变行为进行了广泛研究。最近，研究人员发现在La改性的PZST基陶瓷中存在一种电场诱导的铁电相 (FEin) -AFE 相变(App 1. Phys. Lett. 87，192904 (2005) ·)。我们对 Pba 955Laatl3 (Zra42Tiai8 Sna4tl) O3陶瓷的热释电响应进行了研究，发现陶瓷在FEin-AFE相变时热释电系数可高达 160 X 10_8C ·cm_2 -Γ1。但由于这种相变是电场诱导产生的，电场倾向于稳定FEin相，而温度倾向于稳定AFE相，该陶瓷升降温时热滞很大(> 30°C )，限制了其实际应用(Appl.Phys. Lett. 94,252902(2009).)。本专利技术通过组分调整，所获得的陶瓷材料与之前报道的陶瓷材料的电场诱导FEin-AFE相变机理不同，该陶瓷中的FE-AFE相变是本征的，仅需温度诱导，升降温相变温度接近，基本不存在热滞，这对陶瓷在非制冷红外探测技术或热_电能量转换等领域的实际应用有重要价值。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供了一种铁电-反铁电(FE-AFE)相变热释电陶瓷材料，以克服现有技术的不足。为了解决上述技术问题，本专利技术公开了一种铁电-反铁电(FE-AFE)相变热释电陶瓷材料及其制备方法、极化方法和热释电性能测量方法。通过组分调整和偏压选择，调节热释电响应温度和灵敏度，拓展了一种新的FE-AFE相变型高热释电响应陶瓷材料，为红外热释电探测技术、热_电能量转换等提供一种新的候选材料。本专利技术的技术方案如下一种铁电-反铁电(FE-AFE)相变热释电陶瓷材料，其化学成分符合化学通式 (Pb1^3x72Lax) (ZryTizSn1Tz)O3,其中，0 < χ 彡 0. 025, y = 0. 38 0. 46，ζ = 0. 14 0. 18 ；所述化学通式中元素右下角的部分代表摩尔比。优选的，铁电_反铁电相变热释电陶瓷材料的化学通式为(Ptvw2Lax) (ZryTizSn1Tz)O3,其中，χ = 0. 005 0. 025，y = 0. 42 0. 44，ζ = 0. 16 0. 18 ；所述的相变热释电陶瓷材料在室温下为铁电相，在有无外加电场的情况下，所述相变热释电陶瓷材料随温度变化均会发生可逆的铁电-反铁电相变。所述的热释电陶瓷材料的铁电-反铁电(FE-AFE)相变为本征相变而非电场诱导型相变，仅需温度诱导；根据组成不同，所述的热释电陶瓷材料在温度为80_145°C时发生可逆的铁电-反铁电相变。一种热释电陶瓷元件，为根据所述的铁电_反铁电相变热释电陶瓷材料制成。所述的热释电陶瓷元件经极化处理后，在FE-AFE相变温度附近，热释电系数为 140X 1(Γ8-460Χ ICT8C · cnT2 · Γ1 ；优选的，所述的热释电陶瓷元件经极化处理后，在FE-AFE相变温度附近，热释电系数为 200Χ 10_8-460X 10_8C · cnT2 · Γ1 ；所述的热释电陶瓷元件在直流偏压作用下，在FE-AFE相变温度附近，热释电系数为 40Χ 1(Γ8-230Χ ICT8C · cnT2 · IT1。所述的热释电陶瓷元件在直流偏压作用下，升降温时的热滞< 3. 5°C，基本不存在热滞。由此可见，该热释电陶瓷元件经极化处理后或在直流偏压作用下，伴随FE-AFE相变有较大的极化变化，可获得较大的热释电响应。本专利技术的铁电_反铁电相变热释电陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤(a)以 Pb3O4, ZrO2, TiO2, SnO2 和 La2O3 的粉体为原料，按照(Pb1^3x72Lax) (ZryTizSn1^z)O3的对应元素的化学计量比配制，用湿式球磨法混合；烘干后压块，烧结后得到陶瓷粉体。步骤(a)中所述的湿式球磨法混合中，按照原料球水=1 (1.4 1. 8) (0. 7 1. 0)的质量比混合5 7小时，其中球磨介质为钢球、锆球或玛瑙球，水为去离子水；所述的烧结条件为以低于2°C /min的升温速度升至820 880°C，保温1 3小时。(b)将步骤(a)所得的陶瓷粉体用湿式球磨法细磨，烘干后加入粘结剂造粒，陈化后压制成型，然后升温排塑，得到陶瓷坯体。步骤(b)中所述的湿式球磨法中，按照陶瓷粉体球水=1 (1.6 2.0) (0.5 0.7)的质量比细磨，以使得陶瓷粉体的粒径较细且分布窄，其中球磨介质为钢球、锆球或玛瑙球，水为去离子水；所述的湿式球磨法细磨时间为20 28小时，细磨后得到陶瓷粉料；所述的粘结剂为PVA，其粘结剂的加入量为陶瓷粉料重量的6 8wt. %;陈化时间为22 26小时；所述排塑于750 850°C下进行。(c)将步骤(b)所得的陶瓷坯体放入高温炉中，用步骤(a本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种铁电－反铁电相变热释电陶瓷材料，其化学成分符合化学通式（Ｐｂ１－３ｘ／２Ｌａｘ）（ＺｒｙＴｉｚＳｎ１－ｙ－ｚ）Ｏ３，其中０＜ｘ≤０．０２５，ｙ＝０．３８～０．４６，ｚ＝０．１４～０．１８。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：董显林，张红玲，陈学锋，曹菲，王根水，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：31
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