钛酸锶钡多孔陶瓷场致增强热释电效应研究

热释电材料作为非制冷红外探测设备的核心部件，被广泛应用于军事和民用领域，其性能关系到国家安全和国民经济的发展。本项目拟从调控钛酸锶钡（BST）场致热释电陶瓷的微观结构入手，打破热释电陶瓷"越致密越好"的传统思想，在陶瓷中引入闭气孔，制备多孔陶瓷，利用气孔缓解晶粒间的内应力并改变陶瓷内有效电场的分布，进而优化BST的介电和热释电性能。项目将深入研究气孔孔径、形状和气孔率等微结构对BST陶瓷内应力和有效电场分布，乃至介电和热释电性能的影响；在理论研究基础上设计高性能BST多孔场致热释电陶瓷的最佳气孔微结构；按照微结构设计要求系统研究多孔陶瓷制备工艺，实现高性能BST场致热释电陶瓷的制备。项目的实施可解决气孔对陶瓷内应力、有效电场分布和介电、热释电性能的调控机理等前沿科学问题，对高性能多孔热释电陶瓷的微结构设计与制备具有重要意义。

热释电材料作为非制冷红外探测设备的核心部件，被广泛应用于军事和民用领域，其性能关系到国家安全和国民经济的发展。项目从调控热释电陶瓷的微观结构入手，打破热释电陶瓷“铁电相纯度越高、材料越致密，热释电性能越好”的传统思想，在陶瓷中引入了其他相，如气孔、玻璃等，在研究多相材料介电理论模型的基础上，分析了气孔、玻璃等其他相对陶瓷微结构和内应力分布，进而对热释电性能的影响。在理论研究的同时，项目研究了不同微结构的热释电陶瓷的制备方法，根据理论设计要求，制备了不同微结构的热释电陶瓷样品。项目制备的热释电陶瓷性能达为：热释电系数p≥120×102μc/m2℃，探测率优值FD≥35.0×10-5Pa-0.5，性能达到预期指标。项目还探索性的提出利用反铁电材料独特的反式电畴结构，将反铁电材料应用于开发场致热释电陶瓷。上述研究成果为高灵敏度非制冷红外焦平面阵列的制备奠定了良好基础。最后，课题组对项目进行了拓展，研究了热释电材料的逆效应：电卡效应，并制备了温变高达50℃的电卡材料，进一步为热释电材料的应用拓宽了方向。项目成果发表SCI论文12篇（其中一篇发表在材料类知名期刊《Advanced Materials》上）；申请国家发明专利两项（一项已授权）。项目培养了2名博士生和2名硕士生。