掺质TGS系列晶体生长与性能研究

【摘要】： 铁电体硫酸三甘氨酸(TGS)晶体因其室温下具有具有较大的热释电系数和较小的介电常数,在红外区有强烈的吸收,热释电灵敏度高,易于从水溶液中培育出均匀透明大尺寸晶体等显著特点而被广泛应用于热释电红外探测器,热学成像及其他红外灵敏元件的应用。但同时,随着使用时间的加长,TGS晶体也存在着退极化倾向,这是制约其应用的一个严重的缺陷。如何提高其热释电性能,避免或减小退极化一直是对该晶体研究的重点。 本文采用水溶液缓慢降温法生长了包括单掺及双掺在内18种TGS系列晶体,系统地研究了不同掺质及浓度对TGS晶体生长形态的影响,并对其晶胞参数,热释电性能参数(热释电系数,介电常数,介质损耗,居里点,自发极化强度及品质因子),电滞回线及内偏压场进行了测试,通过分析发现:掺质均成功地进入TGS晶体格位;晶体的生长形态,热释电性能,介电性能及铁电性能均随取代基的种类及浓度不同而发生变化。同时探讨了掺质对晶体生长形态及晶体热释电性能的影响机制,验证了掺质中的功能基团和掺质分子本身的特征(分子极性,分子结构及掺质分子间的相互作用)对TGS晶体形态及性能的影响。 实验中发现多种取代基TGS系列晶体性能较纯TGS晶体有所提高:14.4% 3-氯丙酸TGS晶体的介电常数很小,是纯TGS晶体的0.22倍,品质因子也有所提高;掺4.4%三氟乙酸+4.4%丙三醇TGS晶体的热释电系数P(25℃)是纯TGS晶体的2倍,品质因子也达到纯TGS晶体的3倍;而掺质晶体的居里温度均比纯TGS晶体有所提高。可以预见,在TGS晶体中掺入强吸电子基团的基础上再有选择掺入其它掺质是探索TGS晶体改性研究的一条有效途径。