铁电功能材料.ppt

BaTiO3的介电-温度特性介电常数随温度的变化显示明显的非线性，室温介电常数一般为3000～5000，在居里温度处（120℃）发生突变，可达10000以上。第31页,共39页，星期六，2024年，5月在居里温度以上，BaTiO3的介电常数随温度的变化遵从居里-外斯定律：其中：AT为居里—外斯常数；Tc为居里温度（120℃）上式化为：第32页,共39页，星期六，2024年，5月表征介电常数温度稳定性的容温变化率如下式所示：其中：C20为陶瓷样品在20℃时的电容（1KHz）；CT为陶瓷样品在温度T时的电容（1KHz）Z5V型电容器瓷料，10℃～85℃，-56%≤△C/C≤+22%。Y5U型电容器瓷料，-25℃～85℃，-80%≤△C/C≤+30%。X7R型电容器瓷料，-55℃～125℃，-15%≤△C/C≤+15%。第33页,共39页，星期六，2024年，5月改变居里温度使介电常数峰值处于可利用的温度范围。掺杂Sr2+取代Ba2+可降低居里温度。掺杂Pb2+取代Ba2+则升高居里温度。BaTiO3的晶粒尺寸一般为3～10μm，采用高价阳离子取代会抑制晶体成长，可提高居里温度以下的介电常数。掺杂La3+取代Ba2+或Nb5+取代Ti4+减小晶粒尺寸。晶粒尺寸对BT介电常数的影响第34页,共39页，星期六，2024年，5月弛豫铁电陶瓷ferroelectricceramics弛豫铁电陶瓷，又称电致伸缩陶瓷，是铁电材料大家族中的一重要分支，其独特的弛豫特性将传统理论认为互无联系的弛豫现象和铁电现象联系到一起。介电常数高（10000～40000）相对低的烧结温度（＜1200℃）电致伸缩效应大（?L/L达10-3）剩余极化小电致应变滞后小容温变化率低（＜±10%）主要是含铅的Pb(B1B2)O3系列复合钙钛矿结构材料，其中：B1为典型的低价阳离子，如Mg2+，Zn2+，Ni2+，Fe3+，Sc3+等；B2为典型的高价阳离子，如Ti4+，Nb5+，Ta5+，W6+等。第35页,共39页，星期六，2024年，5月最早发现的铅系弛豫铁电陶瓷是Pb(Mg1/3Nb2/3)O3（简称PMN），该材料于50年代由前苏联科学家G.A.Smolensky等人最先制备出来，此后又发展出多种复合钙钛矿型弛豫铁电陶瓷材料，代表性的有：Pb(Zn1/3Nb2/3)O3、Pb(Ni1/3Nb2/3)O3、Pb(Fe1/2Nb1/2)O3、Pb(Sc1/2Ta1/2)O3（简称PZN、PNN、PFN、PST)等。传统理论认为弛豫现象和铁电现象是互不相关的两种现象，普通铁电体和极性介质弛豫体是完全不同、互无联系的两大类材料。但是复合钙钛矿结构化合物既有明显的铁电性质，又呈现强烈的弛豫特点。也就是说，这一类材料将正常铁电体和极性介质弛豫体联系起来。第36页,共39页，星期六，2024年，5月普通铁电体BaTiO3和弛豫铁电体Pb(Mg1/3Nb2/3)O3的介温性能曲线弛豫铁电体与正常铁电体相比，主要特征有：⑴弥散相变，即顺电－铁电相变是逐渐的变化而非突变，表现为介电常数与温度的关系曲线中介电峰的宽化，高于居里温度附近仍存在自发极化和电滞回线；⑵频率色散，即在Tm附近低温侧介电峰和损耗峰随测试频率的提高，而略向高温方向移动，而介电峰值和损耗峰分别随频率增加而略有降低和增加。第37页,共39页，星期六，2024年，5月随着微电子技术，精密机械光学系统和自动控制等高科技的迅速发展，对于由弛豫铁电陶瓷材料制作的多层陶瓷电容器（MLCC），微位移器，致动器等的要求与日俱增，这也是近年来弛豫铁电陶瓷得以迅速发展的主因和背景。其作为一种实用化的材料，通常需要把居里温度调节到室温附近，以获得较高的室温介电常数，并且使容温变化率满足一定温度稳定性的要求。第38页,共39页，星期六，2024年，5月*感谢大家观看第39页,共39页，星期六，2024年，5月******关于铁电功能材料电介质功能材料介电材料铁电材料压电材料敏感电介质材料电功能材料电导体功能材料导电材料快离子导体电阻材料超导电体第2页,共39页，星期六，2024年，5月铁电陶瓷材料铁电体(ferroelectrics)是电介质的一个亚类,其基本特征是具有自发电极化并且这种电极化可以在外电场作用下改变方向。由于自身结构的原因，铁电体同时具有压电性和热释电性，此外一些铁电晶体还具有非线性光学效应、电光效应、声光效应、光折变效应等。铁电体这些性质使它们可以将声、光、电、热效应互