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探秘?zé)後岆娦?yīng)——定義，原理及測(cè)量方法

日期：2025-10-18 10:28

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摘要：熱釋電效應(yīng)在生活中的應(yīng)用非常廣泛，在非接觸式傳感、安防、節(jié)能控制等領(lǐng)域尤其常見(jiàn)，走廊的感應(yīng)燈，商場(chǎng)的安防警報(bào)，以及高樓中的電梯門(mén)，都是熱釋電的應(yīng)用，那么什么是熱釋電？為什么要測(cè)量熱釋電系數(shù)？熱釋電系數(shù)怎樣測(cè)量？這些問(wèn)題都將在下文中進(jìn)行揭秘。

一、什么是熱釋電？

熱釋電效應(yīng)是指某些特定的極性晶體（熱釋電體）在溫度發(fā)生變化時(shí)，其內(nèi)部的自發(fā)極化強(qiáng)度也隨之發(fā)生變化，從而導(dǎo)致晶體表面出現(xiàn)凈電荷的現(xiàn)象。簡(jiǎn)單說(shuō)，就是材料在受熱或冷卻時(shí)，其兩端會(huì)產(chǎn)生電壓（或電荷）。

二、為什么要測(cè)量熱釋電系數(shù)？

通過(guò)前文得知熱釋電效應(yīng)是材料在發(fā)生溫度變化時(shí)晶體表面出現(xiàn)可測(cè)量的凈電荷或電流的現(xiàn)象，而熱釋電系數(shù)是衡量材料熱釋電效應(yīng)強(qiáng)弱的核心參數(shù)，它直接決定了材料將溫度變化轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的能力大小。

三、熱釋電系數(shù)怎樣測(cè)量？

測(cè)量熱釋電系數(shù)非常重要，應(yīng)如何測(cè)量熱釋電系數(shù)，首先要了解它的測(cè)量原理：
熱釋電系數(shù) (p) 通常定義為單位溫度變化引起的自發(fā)極化強(qiáng)度的變化量，即：p = dPs / dT (單位：通常為 μC·m?2·K?1)，它的測(cè)量方式有多種如：動(dòng)態(tài)電流法、電荷積分法、靜態(tài)法等，那么在此主要講述的是電荷積分法。
電荷積分法（又稱(chēng)Byer-Roundy法）是一種靜態(tài)測(cè)量熱釋電系數(shù)的方法，是測(cè)量熱釋電系數(shù)的經(jīng)典方法，其優(yōu)勢(shì)在于原理簡(jiǎn)單、設(shè)備成本低，適合教學(xué)演示或快速篩選材料，核心原理是通過(guò)施加一個(gè)階躍式的溫度變化（ΔT），直接測(cè)量熱釋電材料表面釋放（或吸收）的總電荷量（Q），從而計(jì)算熱釋電系數(shù)。
使用華測(cè)儀器生產(chǎn)的熱釋電系數(shù)測(cè)試儀可簡(jiǎn)便快捷地測(cè)量熱釋電系數(shù)，本實(shí)驗(yàn)儀器采用電荷積分法測(cè)量壓電陶瓷材料在電容器上積累的熱釋電電荷，測(cè)量剩余計(jì)劃隨溫度的變化情況。使用高阻抗電壓采集模塊測(cè)得積分電容兩端的電壓，精度高的溫度傳感器測(cè)量樣品溫度。通過(guò)工業(yè)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理，得出壓電陶瓷材料的熱釋電。
熱釋電系數(shù)測(cè)試儀由工控機(jī)、溫度控制器、靜電計(jì)、用于放置被測(cè)熱釋電材料的測(cè)試臺(tái)、銀漿電極、電加熱件、溫度傳感器組成。使用直流電極加熱法對(duì)被測(cè)熱釋電材料進(jìn)行加熱，避免油浴加熱過(guò)程中絕緣油自身帶電荷引入環(huán)境誤差以及存在熱液飛濺等弊端，可以根據(jù)所測(cè)電荷量大小切換不同量程的高阻計(jì)來(lái)代替積分電容和靜電計(jì)對(duì)熱釋電電荷進(jìn)行采集，避免了積分電容過(guò)大造成測(cè)試精度下降、積分電容過(guò)小導(dǎo)致測(cè)試超量程等問(wèn)題。分析被測(cè)樣品熱釋電系數(shù)隨溫度，時(shí)間變化的曲線(xiàn)，通過(guò)軟件將這些變化曲線(xiàn)的溫度譜、時(shí)間譜等集成一體并進(jìn)行分析測(cè)量并可以直接得出樣品的熱釋電圖譜。

熱釋電系數(shù)測(cè)試儀對(duì)試樣大小及形狀無(wú)特殊要求，圓片、方塊、長(zhǎng)條、柱形等均可測(cè)量，可廣泛用于鐵電、壓電材料（壓電陶瓷、高分子）以及相關(guān)器件性能的評(píng)價(jià)與測(cè)試。

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