无机材料化学第10讲课件.ppt

物质在磁场中磁化后，其磁化强度 与 磁场强度 有关系 = x x称为物质的磁化率或磁化系数 物质在磁场中磁化后，若物质内部的磁感应强度为 　　 则可由磁场强度的定义 并将　　=x　　代入得： = 式中：μ0为真空磁导率，μr =（1+x）称为相对磁导率， 　　　μ=μ0μr称为绝对磁导率。H 是物质中的合磁场强 　　　度，已经考虑了物质磁化后所产生磁场的作用。 X（或μr）是物质磁性的重要参量之一。　 根据 x 值（或μr）的大小及其变化规律，可将物质的 磁性分为以下五类： 　　 逆磁性（或抗磁性） 　 顺磁性 　　 铁磁性 　　 反铁磁性 　　 亚铁磁性 电学性质思考题： 1.离子晶体的电导分类，离子式电导和电子式电导的载流子形式及运动特点。 2.何谓电导活化能，空位和间隙离子迁移活化能有何区别。 3.何谓固体电解质。主要类型有那些。钇或钙稳定的氧化锆的结构特点及导电机制。 4.电解质在外电场中极化的机制有那些，分别有何特点。 5.何谓压电效应、热释电效应、铁电性。产生压电效应、热释电效应和铁电性的条件分别是什么。 3.2.6 铁电性 在热释电晶体中，有一部分晶体不仅在一定温度范 围内具有自发极化，而且自发极化的方向（或偶极矩） 可以在外电场作用下重新取向，其极化强度 (P)与电 场强度(E)间不呈线性关系 (压电体和热释电体 P∝E)，而 是呈现一定的电滞回线行为( 即具有电滞性质 )。 这类晶体被称之为 铁电体。 　铁电体所具有的上述性质称为 铁电性。 1、电滞回线 电滞回线 铁电体在外电场中极化时极化强度P对电场强度E的关系曲线 。 OAB：起始极化曲线 Ps ：　饱和极化强度 Pr ： 剩余极化强度 EH ： 矫顽电场 铁电体极化滞后于电场变化的情形与铁磁体磁化滞后于磁场变化相类似，与磁滞回线对应，上述回线称为电滞回线，且称具有电滞回线的晶体为铁电体，实际上材料中不一定含有铁。 电滞回线 即极化曲线： 2、铁电居里温度 　 铁电体的自发极化是在一定温度范围内出现的。 　当温度高于某值时，自发极化消失，没铁电性，称为顺电体； 　当温度低于该值时，重新出现自发极化，获得铁电性。 　这一转变温度称为居里温度，用 Tc 表示。例如： 　　　BaTiO3 Tc=120℃； KNbO3 Tc=434℃ 　　　PbTiO3 Tc=490℃； LiNbO3 Tc=1210℃， 　　居里温度Tc是从非自发极化状态过渡至自发极化状态， 　　　　　　　 或由顺电体（态）变为铁电体（态）的温度。 　居里温度是铁电体的特征温度，在该温度上下，晶体发生 结构变化，由非极性结构转变为极性结构。 这种变化是顺电到铁电的相变。 3、自发极化与电畴结构 BaTiO3结构随温度变化如下：　　 温度范围：　1733~393k 　　　 393~278k 晶胞参数：　a=b=c=0.401nm 　a=b=0.399nm, 　　　　　　　　　　　　　　　　 c=0.403nm 　　　 α=β=γ＝900 α=β=γ＝900 以BaTiO3为例说明铁电体的自发极化和电畴结构。 当温度高于120℃时，BaTiO3为立方晶系，钙钛矿型结构 　　Ti4+和O2-的中心距是 0.2005 nm 　　Ti4+和O2-离子半径之和为 0.064+0.132 = 0.196 nm 　　Ti4+和O2-离子之间还有 0.2005 – 0.196= 0.0045 nm 的间隙 钙钛矿晶体结构 Ti4+所处氧八面体中的氧平面 当温度120℃时，Ti4+的平均热 振动能量比较高，Ti4+只作弹性 位移，且靠近六个 O2-离子的几 率相等, 其平均位置处于氧八面 体间隙中心, 并不特别偏向某一 氧离子，此时晶体保持对称结 构，正负电中心重合，不出现 电偶极矩，不发生自发极化。 当温度120℃时，Ti4+平均热振动能量降低，已不足以克服其与 O2-离子之间的相互作用，此时，Ti4+离子有可能向某一O2-离子 靠近，并使该O2-离子发生强烈的电子位移极化，使其与这个 O2-离子间的作用增强，结果Ti4+就偏离中心位置，发生自发位 移，正负电荷中心不重合，产生偶极矩，出现自发极化。 在出现自发极化的同时， 晶胞外形发生变化，在 Ti4+离子位移的方向， 晶轴伸长，而其它两个 方向则略缩短，于是 BaTiO3的晶格由立方晶 系转变为四方晶系。 + - 自发位移使单元晶胞结构