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第三章 材料的电学 EC0.29 EC 0.29eV 0.05eV ED EF Ei EV Eg Eg=1.12eV 22.从结构上解释，为什么含碱土金属的玻璃适用于介电绝缘？ 答：玻璃中加入二价金属氧化物，特别是重金属氧化物，使玻璃的电导率降低。相应的阳离子半径越大，这种效应越强。这是由于二价离子与玻璃中氧离子结合比较牢固，能镶入玻璃网络结构，以致堵住迁移通道，使碱金属离子移动困难，因而电导率降低。 《无机材料物理导论》清华大学出版社。Page258 23．细晶粒金红石陶瓷样品在20℃，100Hz时，相对介电常数为100。这种陶瓷相对介电常数高的原因是什么？如何用实验来鉴别各种起作用的机制？ 答：金红石离子间作用较强，其离子与电子极化率有相同数量级，由于存在离子极化，产生与外电场方向一致的附加电场，强烈地增加了电子极化强度，使得电容率大大增加（≈100）。 实验鉴别起作用的机制：可由结构系数来计算，结构系数表示被考察离子周围晶格内其它离子的影响。如果离子A周围处于B位置上的离子占优势，则感应电矩作用在离子A上附加内电场与外电场的方向相同，此时附加电场与外电场加强了外电场的作用，结构系数机就是正的；反之，结构系数就是负的。 金红石晶体的C11，C12 ，C21 C22 ，分别为Ti4+与Ti4+、Ti4+与O2- 、O2- Ti4+、O2-与O2- 间的内电场结构系数，它们仅决定于晶胞参数，由于 中心离子 周围离子 Ti4+ O2- Ti4+ C11＝-0.8/a3 C12＝+36.3/a3 O2- C21＝+18.15/a3 C22＝-12.0/a3 从表中看出，表示钛离子和氧离子本身相互作用的内电场结构系数C11与C22均为负数，这表明同种离子之间都有削弱外电场的作用。反之，表示钛离子和氧离子之间相互作用的内电场结构系数C12和C21相当大，并且都是正值，这表明异种离子之间都有加强外电场的作用。其结果使氧离子和钛离子的极化加强，而且这种加强远远超过了同种离子削弱外电场的作用，这就使得晶体得介电常数和大。 《无机材料物理导论》清华大学出版社。315 24、叙述BaTiO3典型电介质中在居里点以下存在的四种极化机制。 答：（1）电子极化：指在外电场作用下，构成原子外围的电子云相对原子核发生位移形成的极化。建立或消除电子极化时间极短，约10-15～10-16 （2）离子极化：指在外电场的作用下，构成分子的离子发生相对位移而形成的极化，离子极化建立核消除时间很短，与离子在晶格振动的周期有相同数量级，约为10-12～10-13 （3）偶极子转向极化：指极性介电体的分子偶极矩在外电场作用下，沿外施电场方向而产生宏观偶极矩的极化。 （4） 位移型自发极化：是由于晶体内离子的位移而产生了极化偶极矩，形成了自发极化。 课本 116 25、画出典型铁电体的电滞回线示意图，并用有关机制解释引起非线性关系的原因。 答：图见课本page116 铁电体晶体在整体上呈现自发极化，这意味着在正负端分别有一层正的和负的束缚电荷。束缚电荷产生的电场在晶体内部与极化反向（称为退极化场），使静电能升高。在受机械约束时，伴随着自发极化的应变还能使应变能增加。所以均匀极化的状态是不稳定的，晶体将分成若干个小区域，每个小区域内部电偶极子沿同一方向，但各个小区域中电偶极子方向不同。这些小区域称为电畴或畴。畴的间界叫畴壁。 铁电体的极化随电场的变化而变化。但电场较强时，极化与电场之间呈非线性关系。在电场作用下，新畴成核长大，畴壁移动，导致极化转向。在电场很弱时，极化线性地依赖于电场，此时可逆地畴壁移动占主导地位。当电场增强时，新畴成核，畴壁运动成为不可逆的，极化随电场的增加比线性段快，当电场达到相应于B点的值时，晶体成为单畴，极化趋于饱和。 《铁电体物理学》 钟维烈著 北京：科学出版社 3 26、高分子在电场中的极化有哪几种形式？各有什么特点？ 答：（1）电子极化：指在外电场中每个原子的价电子云相对于原子核发生位移，极化过程所需时间极短：10-5～10-13 （2）原子极化：指在外电场中不同的原子核之间发生相对位移。极化时间约在10-13 S以上。 （3）取向极化：极性分子自身带有固有偶极子，在电场中，将沿电场方向择优排列，取向过程要克服偶极子本身的惯性与旋转阻力，故所需时间比位移极化长的多：10-9 （4）发生在非均相介质界面处的极化，它时在电场作用下，介质中的电子或离子在界面处堆积造成的，称为界面极化。所