热释电探测器作为一种检测装置,由于低成本、高可靠性和无需制冷等特点,常被当作采集器、“警报器”等传感节点而运用到无线传感网络和其他的一些方面,并随着5G更高频率传输速度、更低成本、更大网络规模架构和更高安全性的网络时代的到来和发展,使得万物互联也将成为可能,这也就说明无线传感网络的规模将无限扩大,与此同时作为传感节点的探测器的需求量也将成倍增加,但事物都有两面性,机遇和挑战往往都是成对出现,所以如何提高热释电探测器的探测性能是目前亟待研究的课题,而又由探测器的结构组成和工作原理可知,欲提高探测性能,研究热释电材料、器件结构、受热方式等问题是关键切入点。本文使用了富锆型PMN-PMS-PZT陶瓷材料作为敏感元的制备材料,研究了掺杂对其相结构和介电性能的影响,并对探测器的单元结构做了仿真分析和优化设计。第一部分为PMN-PMS-PZT陶瓷材料制备以及掺杂对陶瓷材料性能表征的影响。首先采用传统的固相烧结法制备锆钛比(Zr/Ti)分别为95/5、90/10、85/15、82.5/17.5的PMN-PMS-PZT陶瓷材料,对比其烧结情况和介电性能。实验结果表面,随着锆钛比的增加,陶瓷材料有着烧结温度越高、烧结温区越窄的情况,相对而言85/15和82.5/17.5在这方面的表现较好,二者之中又以85/15的介电性能更优,且相关文献对锆钛比为85/15的研究也较少,因而综合考虑最终选择锆钛比为85/15的PMN-PMS-PZT陶瓷作为热释电敏感元的主体系配方材料,但尽管如此,其介电性能还不是特别理想,因而通过掺杂的方式来实现改性的目的,并研究了掺杂Al离子和在0.3wt%Al离子掺杂的基础上增加Mn含量对陶瓷相结构、介电性能的影响。实验结果表明:掺杂Al离子不会给陶瓷材料引入新相,且在0.3wt%Al离子掺杂的基础上增加Mn离子含量为0.08wt%时,介电性能最好。第二部分对单元结构进行了仿真优化设计。首先使用SolidWorks软件建立敏感元和支撑结构之间的三维模型,然后再利用Ansys软件对模型进行热学和力学的仿真分析,再把计算结果作为依据进一步优化设计模型。实验结果表明:支撑结构与敏感元之间的接触面积越大,敏感元表面瞬时温升越慢,反之温升越快,但力学形变正好与之相反。因此由结论可知,想要敏感元瞬时温升快而形变量又小是很难同时做到的,因而设计了一种六脚柱支撑结构使得敏感元在热学和力学方面综合表现最优。综上所述,在0.3wt%Al离子掺杂85/15的PMN-PMS-PZT陶瓷材料的基础上增加Mn的含量,可以获得介电性能较好的热释电陶瓷材料,适合作为敏感元应用到热释电探测器上;在敏感元长边的中间部分加长方体支撑结构,可以在有效提高敏感元瞬时温升的同时减小敏感元的力学形变,这对探测器整体性能的提升有参考指导价值,为其在无线传感网络中的良好应用具有潜在的研究意义。