PPT 铁电与反铁电的比较00.ppt

随着铁电薄膜和铁电超微粉的发展，铁电尺寸效应成为一个迫切需要研究的实际问题。近年来，人们从理论上预言了自发极化、相变温度和介电极化率等随尺寸变化的规律，并计算了典型铁电体的铁电临界尺寸。这些结果不但对集成铁电器件和精细复合材料的设计有指导作用，而且是铁电理论在有限尺寸条件下的发展。 1975年MEYER发现，由手性分子组成的倾斜的层状c相液晶具有铁电性。在性能方面，铁电液晶在电光显示和非线性光学方面很有吸引力。电光显示基于极化反转，其响应速 度比普通丝状液晶快几个数量级。非线性光学方面，其二次谐波发生效率已不低于常用的无机非线性光学晶体。 聚合物的铁电性在70年代末期得到确证。虽然PVDF的热电性和压电性早已被发现，但直到70年代末才得到论证，并且人们发现了一些新的铁电聚合物。聚合物组分繁多，结构多样化，预期从中可发掘出更多的铁电体，从而扩展铁电体物理学的研究领域，并开发新的应用。 铁电薄膜与半导体的集成称为集成铁电体，近年来广泛开展了此类材料的研究。铁电存贮器的基本形式是铁电随机存取存贮器。早期以为主要研究对象，直至年实现了的商业化。与五六十年代相比，当前的材料和技术解决了几个重要问题。一是采用薄膜，极化反转电压易于降低，可以和标准的硅或电路集成；二是在提高电滞回线矩形度的同时，在电路设计上采取措施，防止误写误读；三是疲劳特性大有改善，已制出反转次数达5*1012次仍不显示任何疲劳的铁电薄膜。 在存贮器上的重大应用己逐渐在铁电薄膜上实现。与此同时，铁电薄膜的应用也不局限于铁电随机存贮器，还有铁电场效应晶体管、铁电动态随机存取存贮器等。除存贮器外，集成铁电体还可用于红外探测与成像器件，超声与声表面波器件以及光电子器件等。 利用反铁电材料的极化强度-电场的双电滞回线特性，可以制作一种新型的电压调节器件。把这种器件与电路中的负载并联，可以使负载两端电压稳定在一个相当狭窄的范围之内。这种器件适于在高压下使用，尺寸小，重量轻，不需附加别的装置，能用于交流、直流和脉冲功率源。 传统的压电体的能量转换是线性的，而且是可逆的。但是，由于介电损耗及机械损耗的原因，它只能在低负荷循环下工作，而可转换 的能量密度约为0.05焦耳/厘米3。利用电场强迫反铁电相变，转变为铁电体，使它放出机械能；或者施加压应力强迫铁电体转变为反铁电体，使放出电能。这种方法产生的机电能量转换的能量密度可超过1焦耳/厘米3。强迫相转变换能实际是使铁电陶瓷内部大量的电畴发生再取向，因而有更大的能量密度。但这时全部或大部分极化状态受到破坏，能量转换过程是非线性的。由于伴随着有电滞回线现象，因而重复率及负荷循环必须低。施加偏压可以使相转变成为可逆的。 从反铁电到铁电的相变可以由于温度变化、提高电场或改变压力形式而发生。材料在相变过程中会发生体积变化。从立方顺电相或反铁电相向铁电相转变，都伴随着体积的增加。这样，利用电场强迫反铁电到铁电的相变，就会因晶胞几何体积的变化把电能转换为机械能。 目前实际应用的反铁电材料主要是改性的PbZrO3陶瓷。对PbZrO3进行改性掺杂，会使它的反铁电-铁电相变点降低，甚至可以降到室温以下；或者一个极化电场，使它变成亚稳的铁电相。 反铁电换能器的相变滞后要消耗很大能量，损耗较大，目前效率最高只能达到40%左右（压电换能器可达90%）； 使用反铁电换能器必须外加一个很高的直流偏压（相当于相变电场）； 由于内耗大，工作中发热大，不大可能进行连续操作，只能作脉冲式的工作，工作频率太高也不行（超声的频率就已经不大适应了），所以只能在低频、低工作循环时使用。 铁电体和反铁电体的基本性质 铁电体的研究进展 反铁电体的研究进展 反铁电陶瓷 铁电体：某些晶体在一定的温度范围内具有自发极化，而且其自发极化方向可以因外电场方向的反向而反向，晶体的这种性质称为铁电性，具有铁电性的晶体称为铁电体 反铁电体：在一定温度范围内相邻离子联线上的偶极子呈反平行排列，宏观上自发极化强度为零，无电滞回线的材料，称为反铁电体。 铁电材料概括起来可以分为两大类： a.一类以磷酸二氢钾 KH2PO4 --简称KDP--为代表，具有氢键，他们从顺电相过渡到铁电像是无序到有序的相变； b.另一类则以钛酸钡为代表，从顺电相到铁电相的过渡是由于其中两个子晶格发生相对位移。 NH4H2PO4型（包括NH4H2AsO4及氘代盐等 ）； （NH4）2SO4型（包括NH4HSO4 及NH4LiSO4等 ）； （NH4）2H3IO6型（包括Ag2H3IO6 等）； 钙钛矿型（包括NaNbO3、PbZrO3、PbHfO3、Pb（Mg1／2W1／2）O3等）； RbNO3等。 铁电体中由于出现畴结构，一般地宏观极化强度p＝0。当外电场E 很小时p与E