第四章铁电体晶体.ppt

第一页，共三十六页，2022年，8月28日 4.1 铁电晶体的自发极化 1．什么是铁电晶体？具有那些基本性质？（掌握） 2．什么是电滞回线与电畴？电滞回线的特征通常用那些参数来描述？（掌握） 3．铁电体的介电系数是如何定义的？（掌握） 4．铁电体是如何分类的？（掌握） 返 回 第二页，共三十六页，2022年，8月28日 1．什么是铁电晶体？具有那些基本性质？（掌握） 晶体在没有外加电场作用下，正负电荷重心不重合而呈现电偶极矩的现象称为晶体电介质自发极化，凡呈现自发极化，且自发极化方向能够因外施电场方向而改变的晶体，称为铁电晶体。 铁电体的一些基本性质： （1）铁电体具有热释电性 （2）铁电体具有压电性 （3）铁电体P-E曲线是非线性的多值函数，该多值函数通常用电滞回线描述 返 回 下一页 第三页，共三十六页，2022年，8月28日 2．什么是电滞回线与电畴？电滞回线的特征通常用那些参数来描述？（掌握） 极化强度P随电场增加过程与电场减少过程所形成的曲线并不是同一条曲线而在一定区域内形成闭合曲线，该闭合曲线称为电滞回线。 电畴：自发极化并非整体晶体同向，而是包含各个不同方向的自发极化小区域，在此小区域极化方向相同、极化强度相同、存在一固有电矩，这个小区域称为电畴。电畴的取向只能根据晶体结构的对称性沿特定的几个方向取向。例如四角钛酸钡晶体的电畴结构： 返 回 第四页，共三十六页，2022年，8月28日 2．什么是电滞回线与电畴？电滞回线的特征通常用那些参数来描述？（掌握） 剩余极化强度：当电场强度降低到零时，极化强度并不降为零而有一剩余极化强度，它相当于它是自发极化的剩余部分，而不是自发极化的全部，称为剩余极化强度 自发极化强度：线性部分BC的延长线与极化轴的截矩表示自发极化强度，是对每一个电畴来说的，相当于每一个电畴固有的饱和极化强度。 返 回 第五页，共三十六页，2022年，8月28日 矫顽电场：使极化强度为零的电场 回线面积：电场变化一周所需的能量 返 回 第六页，共三十六页，2022年，8月28日 3．铁电体的介电系数是如何定义的？（掌握） 通常所说的介电系数是在小讯号电场作用下测得的介电系数定义为铁电体的介电系数，又称为微分介电系数，其数学定义式为 返 回 第七页，共三十六页，2022年，8月28日 4．铁电体是如何分类的？（掌握） （1）按相变的微观结构分： 位移型相变铁电体： 非水溶性的硬铁电体属于位移型相转变铁电体，具有氧八面体结构。典型物质有钛酸钡、铌酸镉、铌酸锶。成因是：居里点以下，氧八面体中心离子产生偏心位移而形成偶极子，而氧离子则使偶极子之间耦合，产生自发式极化。 有序无序型铁电体： 水溶性的软铁电体属于此类铁电体。成因是：氢键的协调作用而使偶极子自发地有序排列从而产生自发极化。 此类方法方便于分析理解铁电性的起因。 返 回 第八页，共三十六页，2022年，8月28日 （2）按结晶化学分类 含有氢键的晶体： 这类晶体通常是从水溶液中生长出来的，故常被称为水溶性铁电体，又叫软铁电体。典型物质： 磷酸二氢钾（KDP）、三甘氨酸硫酸盐（TGS）、 罗息盐（RS）。 双氧化物晶体 这类晶体是从高温熔体或熔盐中生长出来的，又称为硬铁电体．其中很多是以氧离子八面体为基本结构单元的，并在氧离子间隙中填有高价正离子。典型物质有：BaTiO3 KNbO3 KTaO3等 返 回 第九页，共三十六页，2022年，8月28日 （3）按极化轴多少分类 单晶轴极化：极化只能沿一个晶轴方向极化的铁电体。典型物质：RS、KDP 多晶轴极化：极化可以沿多个晶轴方向极化的铁电体。典型物质：BaTiO3等 此分类方法方便铁电畴的研究。 返 回 第十页，共三十六页，2022年，8月28日 （4）按铁电体在非铁电相时有无对称中心分类 无对称性铁电体：一般具有压电效应。典型物质钽铌酸钾（KTN）、磷酸二氢钾（KDP） 有对称性铁电体：一般无压电效应。典型物质：BaTiO3、三苷肽硫酸（TGS） 适用于铁电相变的热力学处理。 返 回 第十一页，共三十六页，2022年，8月28日 4.2 铁电体的结构和相变 1．罗息盐的铁电性有哪些规律和特点？（掌握） 2．KDP的铁电性有哪些规律和特点？（掌握） 3．BaTiO3的铁电性有哪些规律和特点（掌握） 返 回 第十二页，共三十六页，2022年，8月28日 1．罗息盐的铁电性有哪些规律和特点？（掌握） （1）罗息盐晶体结构是斜方晶系，只在沿晶轴a的方向具有自发极化 （2）在-18℃和23℃时取得a轴方向的两个最大值，其他方向的介电系数几乎不随温度的变化而变化。 返 回 第十三页，共三十六页，2022年，8月28日 （3）在自发极化区域之外的