电介质物理.介绍.ppt

Ba O 立方晶系 四角晶系 正交晶系 三角晶系 Ps Ps Ps BaTiO3晶体的晶格参数与温度的关系 四角相BaTiO3的自发极化强度与温度的关系 BaTiO3单晶的介电常数与温度的关系 ?? ?? 在高于居里温度时为立方晶相，晶格常数为4.01?， r（Ba2+）=1.43 ?，r（O2-）=1.32 ?，r（Ti4+）=0.64 ?，钛-氧离子间距为2.005 ?? r（Ti4+）+ r（O2-）=1.96 ?，钛离子就有向氧的六个方向位移的可能。 但在120oC以上，钛离子的热运动较大，钛离子向六个氧移动的几率相同。 在120oC以下，不足以克服钛-氧相对位移所形成的内电场，从而产生自发极化。这种极化波及相邻的晶格，形成“电畴”。 钛离子在势阱中的运动规律 （必要条件） Ｕ（x） x O 库仑引力势能 电子云斥力势能 如果离子移动后形成的内电场力足以克服离子上的恢复力，离子就出现自发位移。 钛离子对自发极化的贡献 钛离子的电子位移极化对自发极化的贡献为：61% 钛离子的离子位移极化对自发极化的贡献为：39% 位移型铁电体的微观机理： TTC，Ti4+向各方向的运动几率相等：x=0，?=0，PS=0； TTC， 反铁电体、压电体与热释电体 一、反铁电体 锆酸铅（PbZrO3）具有钙钛矿型结构。是最早发现的具有“反铁电性”的介质材料。 反铁电体与铁电体的相同点： 晶体结构与同型铁电体相近； 介电常数和结构在居里温度附近出现异常，在居里温度以上，介电常数与温度遵从居里-外斯定律。 TC ? T 不同点： 反铁电体随温度改变发生相变，但在高温下是顺电相，在居里温度以下为对称性较低的反铁电相，从宏观上看，反铁电体的自发极化强度为零。 ? T（oC） 100 200 300 1000 2000 3000 如图为PbZrO3的?~t曲线，t=230oC时，出现一峰值。当t230oC，转变为立方钙钛矿结构，t230oC，并不能观察到电滞回线，这时P~E呈线性关系。 E P EC 当EEC(E20kV/cm)时，反铁电体转变为铁电体。 二、 压电体 当晶体上特定方向上施加压力或拉力，晶体的一些对应的表面上分别出现正、负束缚电荷，其电荷密度与外施力的大小成正比例。 压电体的必要条件：晶体不具有对称中心。 （在32个点群中，有20个具有压电性） + + + + + - - - - - - + + + + + - - - - - 正压电效应：在外力的作用下，晶体表面出现 束缚电荷。 逆压电效应：在外电场的作用下，晶体发生形变。 压电效应表示为： Pi=dijkTjk Pi——极化强度 或 Pi=eijkSjk Tjk——应力；Sjk——应变 逆压电效应表示式为： Sjk=dijkEi Tjk=eijkEi dijk为压电应变常数，eijk为压电应力常数 压电参数微区测量 PFM原理图 三、热释电体 热释电晶体只要温度变化，由于其自发极化强度随温度变化的缘故，会在特定方向产生表面电荷，这就是最先由Brewster命名的热释电现象。 当晶体中存在与其它极轴都不同的唯一极轴时，才有可能由于热膨胀引起电矩变化而导致热释电效应。有10种点群的晶体具有热释电效应，如钛酸钡，硫酸三甘酞，一水合硫酸锂，铌酸锂等。 第一章小结 点电荷 电极矩 ?=qr 极化强度 克劳修斯方程 莫索缔内电场 （MOSOTTI） 克-莫方程 式中：M为介质千克分子量（千克/千克分子）；?为密度（千克/米3）；N0为阿佛迦德罗常数=6.023?1026（1/千克分子）或= 6.023?1023（1/摩尔）。 电介质的千克分 子极化 1. 气体介质 满足克-莫方程： 2. 极性液体（Onsarger理论） 3. 固体介质 .离子晶体： 高介晶体：介电常数几十~几百 铁电体：介电常数几百~几万，自发极化，电畴。 人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。 * 物质的铁电性是在1672年，由法国罗息（Rochelle）城的药剂师薛格尼特（Seigneett）首次发现，命名为罗息盐，分子式NaKC4H4O6·4H2O（酒石酸钾钠的复盐）。1942年发现KH2PO4、BaTiO3的铁电性，目前已发现千多种。 * 翁萨格（Onsager）有效