随着环境能量收集研究的逐步深入,热能的利用也受到越来越多的关注。除了利用温差发电的热电能量收集外,利用温度变化率的热释电能量收集也逐步开展起来。热释电材料常用于制作红外探测器,在能量收集方面的研究不如前者广泛和深入。但热释电能量收集器结构简单、清洁环保、安全可靠等优点,使之成为当前能量收集领域的重要课题。为了提高热释电能量收集效率,在热释电材料、器件结构、受热方式等方面亟待进行深入研究。本文使用铌锰酸铅-锑锰酸铅-锆钛酸铅(PMn N-PMS-PZT)陶瓷材料制作热释电能量收集单元,研究了能量收集器的电学特性。首先,选用固相法制备了PMn N-PMS-PZT热释电陶瓷材料,研究了不同Zr/Ti对材料综合性能的影响。实验结果表明,当Zr/Ti为95/5时,其热释电系数在28℃时达到峰值26.5×10-4 C/m2℃,工作温区宽度为25~60℃,与本实验制备的其他组分陶瓷相比,其介电损耗最小,饱和极化强度和剩余极化强度均最大,是制备热释电能量收集器的综合性能好的陶瓷材料。然后,选取Zr/Ti为95/5组分的PMn N-PMS-PZT陶瓷材料制作了单片、并联阵列和叠层三种结构的热释电能量收集器,研究了热释电能量收集器件电荷收集特性与器件结构的关系。实验得出单片、三片并联阵列和叠层结构样品最大面电荷密度分别为7.19×10-6 C/cm2、6.59×10-6 C/cm2和14.25×10-6 C/cm2,其中叠层结构样品电荷收集特性最好。最后,采用珀尔帖片加热冷却的方法,研究了单片Zr/Ti为95/5组分的PMn N-PMS-PZT陶瓷热释电器件样品的温度T(t)、电压U(t)、电流I(t)曲线和能量收集特性与温度变化频率的关系。实验结果表明,70 m Hz为其最优温度变化频率,此时器件输出电压最大值为1.961V,收集能量为1.592μJ,功率密度为3.138μW/cm3,与PZT-5H材料相比,PMn N-PMS-PZT陶瓷热释电能量收集器性能更佳。综上所述,Zr/Ti为95/5组分的PMn N-PMS-PZT陶瓷综合性能好,适用于热释电能量收集器件的制作;叠层结构热释电能量收集器具有吸热散热效果好、单位体积有效面积较大、易于实现系统小型化和集成化等优点,在超低频率、低功耗器件与无线网络系统中具有潜在的应用价值。