功能陶瓷材料及应用（铁电陶瓷篇）2.ppt

3 电滞回线 电滞回线是铁电体的重要物理特征之一，也是判别铁电性的一个重要标志 Typical hysteresis loops from various ferroelectric ceramics (A) BaTiO3 capacitor (B) soft PZT (C) PLZT 8.6/65/35 (D) PZST antiferroelectric materal Informations obtained from a hysteresis loop: Memory or no memory High Pr relates to high interal polarizability, strain, electromechanical coupling, and electrooptic activity For the given material, larger grain size ? lower Ec smaller grain size ? higher Ec A high degree of loop squareness indicates better homogeneity and uniformity of grain size Internal space charge/aging ? internal electric bias ? off-centered loop The sharpness of loop lips indicates a high electrical resistivity The slope of the P-E loop at any point along the loop is equal to the large-signal dielectric constant 4 反铁电体 5 铁电相变与临界现象 铁电相变--结构相变 铁电体的临界现象----“介电反常” 当温度高于居里温度时，介电常数随温度的变化关系遵从Curie－Weiss定律： ? ＝ C / (T-To) 其中:? --介电常数，C--居里常数，To--特征温度 6 铁电体的功能效应 通过热力学理论可以推导出铁电体在电-力-热作用下的功能效应和功能参数的相互关系 热力学唯象理论 热力学参量: (E,D), (T,S), (?,K) 基本效应－－电学、力学、热力学 铁电体因具有自发极化且外电场下可反转，具有高的介电常数。 热－电耦合效应――热释电效应 dPs = pdT, p--热释电系数, C/m2K 光－电耦合效应――电光效应 电控可变双折射效应 电控可变光散射效应 机－电耦合效应――电致伸缩效应和压电效应 电致伸缩：x = QP1P2, 二次非线性耦合效应 压电效应：D = dX,一次线性耦合效应 逆压电效应：x = dE, 一次线性耦合效应 7 铁电体的相变热力学 Devonshire 把Landau的相变热力学理论推广应用到铁电相变，序参量P 基本思路： (a) 将Gibbs自由能G(或弹性自由能G1)按P展开 G1= 1/2g2P2+1/4g4P4+1/6g6P6 (b) 相变平衡状态，G1取极小值 (c) 求解，并按指前项的符号分析G1随P的变化规律 二级相变的特征: Tc处，Ps连续变化，无潜热，比热突变 一级相变特征： Ps突变，有相变潜热，比热突变 总结: 铁电体的特征与临界现象 存在Ps, 在E 下Ps可重行定向 电畴与电畴结构 居里温度，Tc, 顺电相?铁电相，对称性降低 P ~ E非线性，电滞回线，介电常数依赖电场，Tc处介电反常 铁电相变: 一级相变和二级相变 T Tc时，介电常数满足Curie-Weiss 定律，? = C/T-To 一级相变，Tc To, 二级相变，Tc=To * 一般用Sawyer-Tower 电路测试 Pr--the remanent polarization lead-containing ferroelectrics: 30 ~ 40μC/cm2 Ec--the corcive field: from ~2KV/cm to ~120KV/cm 单晶与陶瓷的电滞回线 温度对电滞回线的影响 BaTiO3的电滞回线 相邻晶格中的铁电活性离子沿反平行方向产生自发极化，形成两组反向极化的子晶格，宏观上不呈现自发极化。 反铁电体的介电性质在居里点处也出现反常，介电常数在居里温度以上服从居里－外斯定律 反铁电－铁电相变与双电滞回线 电场诱导反铁电－铁电相变 场致相变伴随较大的应变(比逆压电效应高