铁电性基础PPT演示课件

铁电性基础BasicsofFerroelectrics，1，铁电体是开关特性，Sawyer-Tower电路铁电体的主要特征典型铁电体材料的主要物理性质铁电体材料的分类，反铁电体，2， 基本定义自发极化强度(Ps)SpontaneousPolarization的自发极化强度可以在施加电场下反转，SwitchablePs，3，Note:强介质和强介质在其他多种性质中也具有相应的平行相似性，“强介质”的名称在此在欧洲(法国、德国等)中，“铁电体”被称为“电池能量电性”(Seignett-electricity )或“锁定电性”(Rochell-electricity )。 历史的铁电现象是1920年首先在罗息盐发现的，而罗息盐是1665年法国药剂师薛格网在罗息地区首次发现的。 4、主要特点、电滞后线hysteresisloop居里温度CurietemperatureTc介电异常DielEctricanomalous，5、电滞后线hysteresisloop，6、7、自发极化Ps剩馀极化Ps Sawyer-Tower电路、9、和电滞后线表示强介质的极化强度与外电场之间存在非线性关系，并且极化强度与外电场方向相反。 因为极化强度的反转是域反转的结果，所以电滞后线表示铁电体中存在域。 域是指铁电体中自发极化方向一致的小区域，域和域的边界称为域壁。 铁电晶体管通常是多畴体，各畴的自发极化具有相同的方向，不同畴的自发极化强度的取向之间有简单的关系。 当晶体从高温降温并通过c时，10、11、12、13、居里温度(Tc，c )通过从非铁电相(有时也称为铁电相)到铁电相的结构转变。 温度高于c时，结晶不具有铁电性，温度低于c时，结晶显示出铁电性。 通常认为结晶的铁电结构是从其常电结构经过微小的变形而得到的，所以铁电相的晶格对称性总是比常电相的对称性低。 在结晶中存在2个以上的铁电相的情况下，只将常电-铁电相变温度称为居里点，将从一个铁电相向另一个铁电相的结晶的转变温度称为相变温度或转变温度。 14、介电异常：临界特征、铁电体的介电特性、弹性特性、光学特性、热学特性等在居里点附近发生异常现象，其中研究最充分的是“介电异常”。 由于强介电体的介电特性是非线性的，介电常数会根据施加的电场的大小而变化，所以一般来说，用电滞后线的原点附近的斜率表示强介电体的介电常数，实际测量介电常数后，施加的电场很小。 很多铁电体的介电常数在居里点附近具有很大的数值，其数量水平是104-105，这是铁电体在临界温度下的“介电异常”。 15、居里-外斯定律Curie-Weisslaw，温度高于居里点时，铁电体的介电常数与温度的关系遵循居里-外斯定律：式中： c是居里-外斯常数； 绝对温度0是常电居里温度或居里-外斯温度。 16、几种典型的强电介质的性质，BaTiO3，钛酸钡KDP，磷酸二氢钾KH2PO4TGS，胰蛋白酶硫酸盐，(NH2CH2COOH)3H2SO4RS，酒石酸钾钠(罗息盐) NaKC4H4O64H2O， dielectricconstantofbatio 3，19，20，钛酸钡结晶的自发变形和温度的关系，21，22，KDP结晶的自发极化强度和温度的关系，23，KDP结晶的介电常数和温度的关系，24，KDP的定压比热和温度的关系，25， KDP结晶的压电常数d6和温度的关系，26、TGS结晶自发极化强度与温度的关系、27、TGS结晶的起始介电常数与温度的关系、28、TGS的定压比热与温度的关系、29、罗息盐结晶的自发极化强度与温度的关系、30、罗息盐结晶的介电常数与温度的关系、31、RS结晶的弹性可塑常数s4 、32、铁晶体的分类，迄今发现的铁晶体有一千多种，它们广泛分布在从立方晶系到单斜晶系的10点群中。它们的自发极化强度为10-4c/m21c/m2，居里点为-261.5C (酒石酸铊锂)和低于1500C。 表6-1中显示了部分铁电晶体的分子式、居里点和自发极化强度。 对于晶格结构和特性差异如此大的各种铁电体，将它们完全统一分类并不容易。 迄今为止，铁电晶体管的分类法有很多种，其中常用的根据以下种类，33 )、单轴铁电体、多轴铁电体、铁电体的极化轴的数量分为2种。 一种是只能沿一个结晶轴方向极化的铁电体，例如罗息盐和其他酒石酸盐、磷酸二氢钾型铁电体、硫酸铵和铍磷酸铵等。 另一种是钛酸钡、铌酸钾、钾铝矾石等能够在几个晶轴方向上极化的强电介质(在非强电介质相中，这些晶轴等效)。 这种分类方法便于铁电域的研究。 34、对称中心根据铁电体是否与非铁电体相对称，分为两种。 一种铁电体在其常电相的晶体结构中没有对称中心，因此具有压电效应。 钽铌酸锂、罗息盐、KDP族结晶等。 另一种铁电体由于常电相的晶格结构具有对称中心，因此没有钛酸钡、铌酸钾及其同型结晶等压电效应。 该分类方法便于铁电相变的热力学处理。 根据35、成分和结构、结晶成分和结构的特征，可以将铁电晶体管分为两种。 一种是含有KDP族、TGS、罗息盐等氢键的结晶。 这种晶体的特点是可溶于水，力学性质柔软，居里点温度低，溶解温度低，常被称为“柔软”的强电介质。 另一种是钛酸钡、铌酸锂等二氧化物结晶。 这些特征不溶于水，力学性质硬，居里点温度高，溶解温度高，所以常常被称为“硬”铁电体。 如果以36，居里-外斯常数的大小进行分类(参照图6-4 )，该分类法有助于研究铁电体的相变机制。 居里外斯常数c约为105位，是第一类。 这种强介质的微相变机理是位移型的，主要含有钛酸钡等氧化物型强介质。 最近发现的SbSI是该级唯一的例外，不是氧化物。 37、居里-外斯常数c约为103位，为第二类，这种强介质的微观相变机理为有序-无序型，主要包括KDP、TGS、罗息盐和NaNO2等。 c级约为10的是第三类铁电晶体管，属于此类的典型晶体是(NH4)2Cd2(SO4)3。 这种铁电体的相变机制目前没有详细研究，也没有专业名称。 38，图6-4 :强介质用居里-公常数对表进行分类，39，量子顺介质QuantumParaelectrics，前兆强介质IncipientFerroelectrics的代表性材料： SrTiO3，其他： CaTiO3，KTaO3 由于出现强介电性前兆的量子波动，低温区域有可能不出现强介电性。 40、KAMuller、JpnJApplPhys24(1985)24-2、pp.89-93QuantumPara-、Ferro-、andomelectricbehaviorsinoxideperovskites， 41、强介电缓和体ferroelectricrelaxor相变不是发生在一个温度点，而是发生在一个温度区间，因此，介电常数特性不显示尖锐的峰，相当宽的缓慢的峰介电常数显示极大值的温度，随着测定频率的提高， 如果介电常数虚部表示峰值的温度比实部表示峰值的温度低，并且测定频率越高，峰值的差越大，则与42、介电常数的温度的关系不符合居里-雄性法则，可以表现为居里-雄性法则。 即使正向相具有对称中心，也能在以上相当高的温度下观测到压电性和二次高次谐波的发生。 有电场相变，在一定的电场强度下出现强介质相，有大的电致伸缩系数，并且没有明显的滞后效应。43、 典型材料：铌镁酸铅Pb(Mg1/3Nb2/3)O3、铌锌酸铅Pb(Zn1/3Nb2/3)O3、b位复合钙钛矿结构钛酸铋钠(na1/2bi 1 a位复合钙钛矿结构其他材料：钨青铜结构(tungstenbronze )，44，Kighelman，damjanovandster，japplphys 90 (2001 ) 4684，45，铁电聚合物ferroel 相拉伸后-相、强介电性压电性弱与三氟乙烯的共聚-(CHCF3)n-、PVDF-TrFE，不需要拉伸压电性强介电性高能电子照射，电致伸缩性能显着提高，46、47、反强介电体Antiferroelectrics、 反铁电体是这样的结晶，晶体结构接近同型铁电体，但相邻的离子在反平行方向上发生自发极化，净自发极化强度为零，不存在与铁电体类似的电滞后线。 介电常数(或极化率)与温度的关系，在相变温度以下介电常数小，一般数级为10-102，在相变温度下，介电常数出现峰值，一般数级为几千。 在相变温度以上，介电常数和温度的关系遵循居里-雄性定律。 根据49、x射线分析，在相变温度以下，在反铁电体中存在超构造线(即附加的衍射线)。 这种超结构在反铁电体中，晶体结构是两种晶格交错而成的，子晶格间呈反向极化。 反强电介质例子：磷酸二氢铵(NH4H2PO4)、锆酸铅(PbZrO3)、50、PbZrO3反强电介质的晶格构造示意图，51、反强电介质锆酸铅的介电常数与温度的关系，52、53、54、电场对反强电介质的作用：强电介质这显示出强介质的自由能和反强介质的自由能非常接近(特别是PbZrO3型和WO3型的结构)。 直流电场的作用一定对铁电状态有利，对反铁电状态不利。 以下说明PbZrO3反铁电体。 55、反强介质锆酸铅的电滞后线与临界电场和温度的关系，56、强磁性体ferroics、强磁性体：强磁性、反强磁性、亚铁磁、反强介质电磁体：强介质、反强介质电磁体：强弹性、斥电、57、summary， ferropelectrics:spontaneous polarization andoswitchableunderexternalfieldfeatures:hysteresis loop、Curietemperature， criticalphenomenontypicalfer