偏置电场下铁电/反铁电材料的介电与热释电性能研究

论文摘要

测试是人们取得研究对象的相关信息,正确了解被测对象特性的重要手段。现代科学技术的飞速发展,对测试设备在功能、测试速度、测试准确度和测试效率等方面提出了更高的要求。自动测试系统因其测试速度快、测量精度高以及独有的测试灵活性等优点,在测试工作的各个领域得到了广泛的应用。本文主要把自动测试系统应用到电介质材料介电与热释电性能测试的实时监控系统中,自动完成测量和记录各项参数,实现测试自动化。本文基于RS232C与GPIB接口总线组建了两套自动化测试系统,偏压介电温谱和热释电系数自动测试系统,阐述了两个总线通信协议和在Visual Basic环境下的实现方法;介绍了自动测试系统的组建方法和体系结构,将多台程控测试仪器与一计算机相连,用自行编制的控制软件,实现对测试仪器的远程控制,完成电介质材料各项性能参数的自动测量、数据采集和保存:并对测试系统中引起各种测量误差的原因与消除方法进行了细致的分析:最后对偏压下的镧掺杂锆钛锡酸铅（简称PLZST）反铁电陶瓷的热释电性能进行了研究。结果表明:偏压介电温谱测试系统能较好地测量电介质材料的温度特性,包括有无偏置电场下的介电常数与介电损耗随温度的变化以及变温下的介电非线性测试,测试温度范围为-150℃～200℃,测试频率为20Hz～150kHz,偏压范围0～1600V,可实现多样品、多频率的介电性能测试;热释电系数测试系统能在-150℃～200℃温度范围内实现了材料在有无偏场下的热释电性能的测试。利用Visual Basic语言为两套测试系统编制了具有Windows风格的控制软件,能方便的完成测试。对PLZST反铁电陶瓷热释电性能的研究表明温度诱导相变时伴随有正的和负的热释电电流峰,铁电相向反铁电相或顺电相转变时形成正的电流峰,反铁电相向铁电相或顺电相转变时形成负的电流峰。铁电态样品在铁电.顺电相变所呈现出的热释电效应主要来自自发极化强度对温度的响应,外加偏置电场时,热释电系数的大小随着偏置电场的增大而减小,主要是取决于介电常数对温度的响应所引起的热释电系数的增加,而自发极化所引起的热释电系数的变化不大。偏置电场下反铁电样品在反铁电-顺电相变所呈现出的热释电效应主要来自介电常数对温度的响应,热释电电流的变化主要与偏置电场Eb和（dεr/dT）Eb,有关,并随着Eb的增大而增大;当Eb一定时,热释电电流的变化主要取决于（dεr/dT）Eb,随温度的变化。利用温度和电场对相变的不同诱导方向及其相互作用,可实现热释电开关、可调控的目的,为热释电探测器的应用提供了实验依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 自动测试系统概述
• 1.1.1 对自动测试系统的迫切需求
• 1.1.2 自动测试系统的发展过程
• 1.1.3 自动测试系统的结构与特点
• 1.1.4 自动测试系统的分类
• 1.1.5 自动测试系统的软件开发工具
• 1.2 课题背景
• 1.3 本课题的任务和论文结构
• 第2章 偏压介电温谱测试系统的建立
• 2.1 介电性能
• 2.2 系统的硬件
• 2.2.1 系统的硬件组成
• 2.2.2 仪器功能介绍
• 2.3 系统的软件
• 2.3.1 系统软件总体结构
• 2.2.2 软件编程
• 2.4 测试方法与测试误差分析
• 2.4.1 五端测量技术
• 2.4.2 测试误差分析与消除
• 2.4.3 系统存在的问题及其改进方法的讨论
• 2.5 本章小结
• 第3章 热释电系数自动测试系统的建立
• 3.1 热释电系数测量原理
• 3.1.1 自发极化与热释电效应
• 3.1.2 热释电系数测量方法
• 3.2 系统硬件组成
• 3.2.1 基本构成
• 3.2.2 偏压保护线路
• 3.3 系统软件
• 3.4 测试误差分析与消除
• 3.5 系统存在问题及其改进方法讨论
• 3.6 本章小结
• 第4章 偏置电场下铁电/反铁电材料的热释电性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 偏置电场对热释电的影响
• 4.2.1 介电辐射热释电
• 4.2.2 本征热释电
• 4.2.3 电场诱导可调热释电
• 4.3 本章小结
• 第5章 总结
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读硕士期间研究成果