铁电陶瓷材料介绍及其应用.pptx

第一章 铁电陶瓷材料及应用;Developmental History of Ferroelectrics;Physical effect ? Applications;Typical ferroelectric ceramics;§1.1 铁电体的基本物理特性;电子位移极化, 响应时间10-14?10-16s 可见光频段, ?e ? a3 离子位移极化, 10-12?10-13s, 微波频段，?I = ? a3 偶极子取向极化, ?? = ?02/3KT 空间电荷极化;;自发极化：在某些极性晶体中, E ＝ 0 ? P， 如: 在钙钛矿结构中，自发极化起因于[BO6]中中心离子的位移 极性点群: 1, 2, m, 2mm, 4, 4mm, 3, 3m, 6, 6mm Ps 可用电滞回线仪,或通过热释电流测得 一般, 铁电体, Ps = 0.1-100?C/cm2 BaTiO3 Ps ~ 25 ?C/cm2;;热释电体 (Pyroelectrics): 具有自发极化的晶体--极性晶体 热释电效应: dPi = pi dT (i = 1,2,3) pi ----热释电系数, 单位: C/m2.K 大多数晶体的Ps随温度的增加而下降,热释点系数为负;在热释电体中, 高度极化状态, Ps 很高, 外场难以改变Ps方向 少数, 在 E 作用下 Ps 可重新定向----铁电体 铁电体 (Ferroelectrics) : Ps E ? Ps 重行定向-----铁电体的最重要判据------铁电体具有许多独特性质的主要原因 铁电体是热释电体的一个亚族 压电体 (Piezoelectrics) : 非对称中心 极性晶体一定不具对称中心 Ferroelectrics Pyroelectrics Piezoelectrics Dielectrics ;Interrelationship of piezoelectric and subgroups on the basis of symmetry;2 铁电体的分类 按结晶学分类 (a) 氢键晶体，如 KDP, RS 结构特征：[PO4]，软铁电体 (b) 双氧化物晶体，如 BT, PT, 结构特点：[TiO6], 硬铁电体 按极性轴数目分类 (a) 单轴铁电体， 如 RS, KDP, LN, 自发极化强度平行或反平行于极化轴 (b) 多轴铁电体， 如 BT, Cd2Nb2O7 按铁电相变时原子的运动特点分类： (a) 有序－无序型 (b) 位移型 按Curie-Weiss常数C的大小分类： 第一类铁电体，C ~105 K ,大多属位移型 第二类铁电体，C ~ 103 K, 多属有序－无序型 第三类铁电体，C ~ 10K, 或称非本征铁电体，其铁电相起因于压电性与弹性不稳定性的耦合 ;3 铁电体的电畴结构 Ps ? 退极化场 ? 体系能量 (静电能+应变能)? ? 体系能量 ? 电畴/畴壁 ? (静电能+应变能) ? ? 畴壁能 自由能极小值 ? 电畴结构 畴结构受晶体结构的制约, 如:四方BaTiO3铁电相中存在两类铁电畴：180o电畴和90o电畴 形成180o畴可以降低退极化能，形成非180o畴可以降低应变能;电畴结构;复杂的电畴结构;BaTiO3中的电畴结构;电畴壁结构 电畴壁两侧极化矢量不连续;电畴运动 成核与生长过程;;电畴运动 电场/应力--极化反转 极化(poling)过程:电场诱导自发极化定向排列--压电陶瓷的应用基础 电场诱导极化反转--铁电存储/电光应用