陶瓷的壓電性

某些電介質（如石英、電氣石、酒石酸鉀鈉等晶體）在特定方向受力作用下會產生電荷位移，從而在其兩端表面間出現電勢差；反之，在其兩端表面間加上電壓，則電介質會發生彈性形變。前者稱“正壓電效應”，后者稱“逆壓電效應”或一般稱為“電致伸縮”，總稱壓電現象。用作傳感器的壓電材料，要求其壓電效應強、溫度穩定性和老化性能好。壓電材料有單晶和多晶兩種。前者以石英晶體為代表，其特點是溫度穩定性和老化性能好，且Q值極高；后者以鈦鋯酸鉛壓電陶瓷為代表，其特點是容易制作，性能可調，便于批量生產。壓電材料已廣泛用于力敏、聲敏、熱敏、光敏、濕敏和氣敏等傳感器，下表列出用壓電材料制作的各種傳感器。

壓電傳感器（壓電陶瓷傳感器）

陶瓷的熱釋電性

有自發極化的晶體，通常其表面俘獲大氣中的電荷而保持電平衡狀態。當溫度變化時，處于電平衡狀態的晶體，其內部的自發極化發射隨溫度變化相應地變化。因為晶體表面電荷的變化跟不上晶體內部自發極化的變化，故可在晶體表面觀測到電荷。圖（a）示出晶體表面的最初電平衡態，圖（b）示出晶體內部自發極化的變化，圖（c）示出晶體達到新的平衡態。處于圖（b）狀態時，可觀測到表面電荷，這種當溫度變化時，因晶體內部自發極化發生變化而在晶體表面釋放感應電荷的現象稱熱釋放電效應。若在熱釋電體的兩側安裝電極，并在兩電極間接上負載，則因溫度變化而釋放的表面電荷將通過負載形成熱電流。

溫度變化時熱電體表面電荷的變化

利用熱釋電效應可構成性能良好的紅外線敏感元件，其對熱釋電材料的要求為：

①應能充分吸收人射的紅外線。

②為了使吸收的單位熱能對應大的溫度上升幅度，熱釋電材料體積比熱應小，且便于加工成微型或薄膜化元件。

③與溫度變化相對應的表面電荷變化應大，即熱釋電系數=dPr/dT大。室溫的Pr（剩余極化）大，（居里溫度）適當高時，λ 變大。當Tc低，λ 大時，Tc低使工作溫度受到限制，且的溫度變化率大。

④與表面電荷變化相應的電容應小，使之能產生大的電壓。

⑤構成噪聲源之一的tanδ應小。

關于紅外吸收，像硫酸三甘肽（TGS）那樣的有機晶體，從2?3 μm到長波長，其吸收系數大，但對鈦酸鉛（PbTi03）和鈮酸鍶鋇（SrxBa1-xNb2O6）等無機氧化物，直至10 μm附近的遠紅外區多數是透明的。若在元件的兩邊蒸發上數百埃（A）厚的金屬模電極，則可產生由膜引起的紅外吸收。為了獲得足夠的靈敏度，必須在表面附加紅外吸收膜。

下表列出部分熱釋電材料的性能。其中LiTa03，LiNb03和SBN（Sr0.5Ba0.5Nb2O5）單晶，PZT（PbZr1-yTiyO3，y≈0.1）和PbTi03是陶瓷，TGS和PVF2（聚偏二氟乙烯）是有機材料。利用熱釋電材料構成的敏感元件，它能以物體輻射的紅外線作為熱源，從而進行非接觸檢測。這種紅外線熱敏元件的特點是：非接觸、高靈敏度、寬范圍（—80?+1500℃）檢測溫度；對波長依賴性小，能檢測任意紅外線；能在常溫工作；快速響應。

部分熱電材料的性能

熱釋電材料種類繁多，但實用化的材料還僅是PbTi03和PZT陶瓷，以及LiTa03單晶。PbTi03鐵電體，它有居里點高、自發極化和介電常數大等特點，有望成為髙溫、高頻壓電材料。純PbTi03燒結困難，必須摻人Bi2/3Ti03，PbZn1/3Nb2/303，或添加La203和Mn02的組合物，這樣即可獲得紅外線敏感元件的實用材料。另外，由于單晶生產技術的進步，已能提供便宜的優良LiTa03單晶材料。 　　紅外線敏感元件的應用：在民用品中有調理敏感元件、排氣氣體熱敏元件、來客報知器、防盜報警器和火災報聱器；在工業領域有非接觸測量旋轉和高溫體的溫度，以及非破壞性檢査。此外，這種敏感元件還可用于衛星上作監測環境污染和資源調査用，也可用于檢測導彈和皮膚溫度。
來源：muRata