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红外探测是一个很重要的研究领域。热释电红外探测器与其他类型的红外探测器相比,由于具有成本低廉、光谱响应宽、无需制冷等显著优点,因而在军事和民用领域都得到了广泛的应用,如红外制导、人体探测、温度测量等。特别是近年来随着武器装备中红外成像探测以及人体探测传感器在自动节能灯具、智能玩具、安防等方面的大量应用,热释电材料的研究也得到了迅速发展。在民用红外探测领域中,目前应用最为广泛的红外探测材料是锆钛酸铅(PZT)陶瓷,它可以工作在9.4微米,与人体红外辐射中心波长一致。但是由于这种材料含铅,不符合欧盟RoHS(RestrictionofHazardousSubstances)环保指令和中国环保指令的要求,因此迫切需要寻找到新的环保热释电材料来替代PZT陶瓷。
在目前常用的热释电材料中,综合考虑环保、材料性能、替代便利程度等因素,有望替代PZT陶瓷的是铌酸锂(LiNbO3)晶体和钽酸锂(LiTaO3)晶体。铌酸锂晶体的诸多性能与钽酸锂晶体相似,但由于其热释电系数比较低,所以其热释电性能一直没有受到重视。生长铌酸锂晶体的原材料来源丰富、价格低廉、性能稳定、易于加工和制备大晶体,是一种常用的环保人工晶体材料。通常使用的铌酸锂晶体是一种典型的非同成份共熔体,由于缺锂而导致大量的本征缺陷,通过掺入不同的元素后,会呈现出更优越的物理性能。
本文主要针对设法提高铌酸锂晶体的热释电性能开展工作,通过对晶体施以掺杂和改变锂铌比处理,系统研究了这两种方法对铌酸锂晶体热释电性能的影响,主要工作如下:
1、用提拉法生长了同成分铌酸锂晶体和各种不同掺杂的铌酸锂晶体,并对晶体进行了退火和单畴化处理。
2、采用改进的汽相输运平衡技术(VTE),制备出近化学计量比的铌酸锂晶片,并对其组分进行了检测。
3、使用动态法热释电系数测试系统对制备的各个样品进行了热释电系数的测试。
4、以实际的测试数据为基础,分析了掺杂和改变组分处理对铌酸锂晶体热释电系数的影响,并对铌酸锂晶体热释电性能提高的机理进行了初步探讨。