铌酸钠钾-湿敏探测器-机理

由于碱金属氧化物存在吸潮的特性，不少含碱金属的化合物在空气中放置一段时间，总是不可避免的出现吸潮现象。铌酸钠钾基陶瓷的吸潮对其介电性能、使用效能等有很大的影响。为此，我们对其吸潮现象进行了仔细地研究。铌酸钠钾陶瓷吸潮以后，在介电温谱的测试过程中，室温附近相当宽的一个温度范围内，存在着几个强的介电弛豫。这些介电弛豫的起源一直以来没有得到深入的研究，我们通过与多孔陶瓷-水体系的对比研究，结合渗流理论，提出了水分子与铌酸钠钾粉体表面的作用机制。由于铌酸钠钾颗粒中钠离子和钾离子的吸湿性，基于渗流理论，颗粒与其表面的水分子相互作用导致该复合体系出现巨大的介电常数和灵敏的湿敏敏感性能。渗流理论研究的是无序系统中因相互联结程度的变化所引起的效应。对多孔铌酸钠钾素坯-水复合体系而言，当导电的水分子在铌酸钠钾颗粒的浓度达到一定程度并导致其从不联通逐渐转变为具有一定的联通性，使得复相材料介于绝缘体和导体的过渡状态时，复相材料的介电性质可能发生急剧的增加。高的介电常数，意味着具有很好的储存电能和均匀电场的性能，可更好地应用于小体积、大容量的微型电容器、电子计算机记忆元件、热敏电阻等器件材料。介电常数随温度、湿度变化，意味着该类材料可以用于电容型湿敏传感器。介电-温度关系和电导-温度关系表明这个复相体系存在三个介电弛豫区，它们对介电常数的增加都有贡献，类冰水簇的激活能明显高于表观偶极矩的激活能，因此渗流效应是该类材料巨介电常数产生的主要来源。相关论文发表在《Journal of Electroceramics》和《Procedia Engineering》上。

This work was financially supported by Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 51002036 and 50962004), and by Natural Science Foundation of Guangxi (Grant Nos. C013002, 0832003Z and 0832001).