本发明专利技术涉及一种热释电陶瓷材料及其制备方法，所述热释电陶瓷材料具有如下组成通式：Pb[(Ni1/3Sb2/3)x(Zr1-yTiy)1-x]1-φMnφO3，其中：0≤x≤0.10，0.10≤y≤0.25，0≤φ≤0.04，其中x和φ不同时为0。本发明专利技术的热释电陶瓷材料具有稳定而适中的热释电系数、较低的介电常数、较低的介电损耗、较大范围内可调节的电阻率，可望应用于非制冷红外探测领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，属于信息功能材料
技术介绍
热释电效应是指具有自发极化的材料在温度变化后产生电荷的效应，可直接用于红外探测、热-电能量转换、热焦耳应用等方面，常用热释电材料涵盖单晶、陶瓷、高分子等种类。通过热释电材料不同物理参数的组合可以获得不同评价材料热释电性能的新参数，即所谓的优值因子(Figure of Merit，FoM)。通常使用的优值因子FoM如下 1.电压优值因子Fv=p/(cε ε0)； 2.电流优值因子=Fi=PA; 3.探测度优值因子FD=p/c( ε ε 0tan δ )1/2。上述各式中p为材料的热释电系数，c为材料的体积热容，ε为材料在使用频率的相对介电常数，^为真空介电常数，tan δ为材料在使用频率的介电损耗。Fv适用于探测兀电容远大于放大器电容的场合，即Cd >> Ca ；Fi适用于Cd << Ca的情况。若Cd与Ca相差不大，用Fd描述材料性能最为恰当。总的来说，材料的热释电系数和介电性能对器件响应有着至关重要的影响。几乎所有的商用热释电陶瓷材料都基于钙钛矿结构陶瓷的改性，如锆钛酸铅(Pb (ZrxTi1J O3，简写为PZT)基热释电陶瓷和钛酸铅(PbTiO3，简写为PT)基热释电陶瓷。S. T. Liu等人文献I =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近18X10_8C ^nT2 ΙΓ1，远高于纯PZT陶瓷的值。商用热释电陶瓷材料典型的例子是由R. W. Whatmore等人开发的锆钛酸铅-铌铁酸铅(PZT-PFN)体系专利1:US4869840A，该材料是将将PFN引入PZT基体形成三元系，显著改善了 PZT陶瓷的综合热释电性能和烧结性能。引入三元系并结合掺杂改性的PZT基热释电陶瓷配方还包括锆钛酸铅-铌锌酸铅(PZT-PZN)体系专利2 :US5141903、锆钛酸铅-铌镁酸铅(PZT-PMN)体系专利3 :US6329656B1、锆钛酸铅-锑锰酸铅(PZT-PMS)体系专利4 :CN1583665A坐寸οJankowska-Sumara和A. Osak等人报道了错钛酸铅-铺镍酸铅(PZT-PNS)陶瓷的压电性能，结果显示该三元系具有较低的介电损耗和良好的烧结性能文献2 =PhysicaB, 404，3698，2009文献3 J. Electroceram.，25，168，2010，然而上述文献报道的体系组份结构集中于准同型相界MPB附近，在该处固溶体结构为三方和四方晶相共存，能够呈现出优异的压电性能，在压电方面有良好的应用前景。与此同时，上述文献报道的PZT-PNS三元系也未见有其他离子的掺杂改性研究。
技术实现思路
本专利技术通过调整锆钛酸铅-锑镍酸铅(PZT-PNS)陶瓷的组份，使其室温下的结构处于单纯的三方晶相区，同时采用锰离子掺杂改性，获得了一种综合性能较为优异的热释电陶瓷材料，可望应用于非制冷红外热释电探测领域。在此，一方面，本专利技术提供一种热释电陶瓷材料，具有如下组成通式 PblXNimSbs/sMZr1-yTiyhJ^Mn^Cb，其中0 ≤ x ≤ O. 10，O. 10 ^ y ^ O. 25，0≤屮≤0.04，其中X和φ不同时为O。所述热释电陶瓷材料的介电损耗小于O. 02。所述热释电陶瓷材料的探测率优值为(5. 5 12. 2) X 10_5Pa_1/2。所述热释电陶瓷材料的热释电系数为(3. 2 5. 4) X 10_8C/cm2 · K。所述热释电陶瓷材料的电阻率为(O. 5 5. 5) X IO11 Ω cm。所述热释电陶瓷材料在25°C和IkHz的测试频率下极化后的介电常数为211 402。本专利技术的热释电陶瓷材料具有稳定而适中的热释电系数、较低的介电常数、较低的介电损耗、较大范围内可调节的电阻率，可望应用于非制冷红外探测领域。另一方面，本专利技术还提供所述热释电陶瓷材料的制备方法，包括如下工序步骤 按化学计量比配制Pb304、ZrO2, TiO2, NiO, Sb2O3及Mn的氧化物或碳酸盐； 经一次球磨、合成、二次球磨、成型制得陶瓷坯体； 将所述陶瓷坯体进行高温烧结制得陶瓷材料； 将所述陶瓷材料加工成所需尺寸后被银、烧银； 将烧银后的陶瓷材料进行极化处理即制得所述热释电陶瓷材料。较佳地，本专利技术的方法中的所述合成是指在800 900°C下保温I 3小时进行。此外，本专利技术的方法还可以进一步地使所述合成的产物捣碎过30目筛，再进行二次球磨，且所述球磨的工艺条件为原料、球磨介质和去离子水的质量比为1: (15 2.O) : (O. 5 1. O)，球磨时间为6 24小时，所述球磨介质为钢球、氧化锆球或玛瑙球。较佳地，本专利技术的方法中的所述高温烧结是指在1150 1250°C下保温I 3小时进行。所述烧银工艺可以为以I 3°C/min的速率升温至700 800°C，保温30 60mino所述极化工艺可以为极化电场3 6kV/mm，在90 10(TC娃油中保持电压10 30mino与现有技术相比，本专利技术的热释电陶瓷材料具有以下优点热释电系数可随组成在一定范围内进行调节((3. 2^5. 4) X10_8C/Cm2 · K);具有较低的介电常数和较低的介电损耗；本专利技术的热释电陶瓷材料拓展了 PZT基热释电陶瓷的体系，可望应用于非制冷红外探测领域。具体实施例方式以下结合下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，下述实施方式仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。本专利技术通过调整锆钛酸铅-锑镍酸铅(PZT-PNS)陶瓷的组份，使其室温下的结构处于单纯的三方晶相区，同时采用锰离子掺杂改性，获得了一种综合性能较为优异的热释电陶瓷材料，可望应用于非制冷红外热释电探测领域。本专利技术提供的热释电陶瓷材料，具有如下组成通式 fblXNi^SKMZn-yTiyH^Mi^C^，其中0 彡 X 彡 O. 10，O. 10 ^ y ^ O. 25，(Χφ<0.04,其中X和Φ不同时为O。又，本专利技术还提供所述热释电陶瓷材料的制备方法，包括如下制备工艺 按化学计量比配制Pb304、ZrO2, TiO2, NiO, Sb2O3及Mn的氧化物或碳酸盐； 经一次球磨、合成、二次球磨、成型制得陶瓷坯体； 将所述陶瓷坯体进行高温烧结制得陶瓷材料； 将所述陶瓷材料加工成所需尺寸后被银、烧银； 将烧银后的陶瓷材料进行极化处理即制得所述热释电陶瓷材料。 更具体地，作为示例，本专利技术的方法可以包括如下步骤 a)称料、混料、合成。按化学计量比称取Pb304、Zr02、Ti02、Ni0、Sb203及Mn的氧化物或碳酸盐；湿法球磨使混合均匀，烘干后压块，在空气气氛下合成，得陶瓷粉体； b)细磨、造粒、成型、排塑。将步骤a)所得陶瓷粉体进行湿法球磨，烘干后加入粘结剂造粒，然后进行陈化、压制成型、升温排塑，得陶瓷坯体； c)烧结。将步骤b)所得陶瓷坯体进行高温烧结，冷却得陶瓷材料； d)加工、烧银。将步骤c)所得陶瓷材料加工成所需尺寸的样品，丝网印刷银浆，烘干，将烘干的样品在马弗炉中烧银； e)极化、清洗、测试。将烧好银电极的样品放在硅油中进行极化，极本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种热释电陶瓷材料，其特征在于，具有如下组成通式：Pb[(Ni1/3Sb2/3)x(Zr1?yTiy)1?x]1?φMnφO3，其中：0≤x≤0.10，0.10≤y≤0.25，0≤φ≤0.04，其中x和φ不同时为0。
【技术特征摘要】
1.一种热释电陶瓷材料，其特征在于，具有如下组成通式Pb [ (Nil73Sb273) x (Zr1^yTiy)! J !-^11^3,其中0 彡 X 彡 0. 10,0. 10 ^ y ^ 0. 25,0 ≤ (j5≤0.04，其中X和小不同时为O。2.根据权利要求1所述的热释电陶瓷材料，其特征在于所述热释电陶瓷材料的介电损耗小于0. 02。3.根据权利要求1或2所述的热释电陶瓷材料，其特征在于，所述热释电陶瓷材料的探测率优值为(5. 5 12. 2) X KT5Pa-2。4.根据权利要求1 3中任一项所述的热释电陶瓷材料，其特征在于，所述热释电陶瓷材料在25°C和IkHz的测试频率下极化后的介电常数为211 402。5.根据权利要求1 4中任一项所述的热释电陶瓷材料，其特征在于，所述热释电陶瓷材料的热释电系数为(3. 2...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭少波，董显林，王根水，姚春华，曹菲，杨冰冰，
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：
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