材料的电性能(2)

1、第二章第二章 材料的电性能材料的电性能第二节第二节 材料的介电性能材料的介电性能n介质的极化介质的极化n介质的损耗介质的损耗n介电强度介电强度n材料的压电性能材料的压电性能n材料的铁电性能材料的铁电性能n材料介电性能测量及应用举例材料介电性能测量及应用举例第二章第二章 材料的电性能材料的电性能第二节第二节 材料的介电性能材料的介电性能2.2.1 2.2.1 电介质及其极化电介质及其极化一、平板电容器及其电介质一、平板电容器及其电介质电容：电容：是当两个临近导体加上电压后具有存储电荷能是当两个临近导体加上电压后具有存储电荷能力的量度。力的量度。一个平板电容器的电容量一个平板电容器的电容量C与平板

2、的面积与平板的面积A成正比，成正比，而与两平板间的距离而与两平板间的距离d成反比。成反比。介电常数介电常数第二章第二章 材料的电性能材料的电性能第二节第二节 材料的介电性能材料的介电性能已经证明真空平板电容器的电容：已经证明真空平板电容器的电容：第二章第二章 材料的电性能材料的电性能第二节第二节 材料的介电性能材料的介电性能静电场中介质的极化静电场中介质的极化相对介电常数反映了电介质材料在静电反映了电介质材料在静电场中的极化特性。场中的极化特性。第二章第二章 材料的电性能材料的电性能第二节第二节 材料的介电性能材料的介电性能电介质：电介质：通常指电阻率大于通常指电阻率大于1010cm 的的一类

3、在电场中以一类在电场中以感应感应而而并非传导并非传导的方式呈的方式呈现其电学性能的材料。现其电学性能的材料。介电常数是表征电介质的最基本的参量介电常数是表征电介质的最基本的参量在电场作用下建立在电场作用下建立极化极化的物质的物质第二章第二章 材料的电性能材料的电性能第二节第二节 材料的介电性能材料的介电性能第二章第二章 材料的电性能材料的电性能第二节第二节 材料的介电性能材料的介电性能感应电荷感应电荷电介质的极化电介质的极化在电场作用下，正、负束缚电荷只能在微观尺度上作相在电场作用下，正、负束缚电荷只能在微观尺度上作相对位移，不能作定向运动。正负束缚电荷间的相对偏移，对位移，不能作定向运动。正

4、负束缚电荷间的相对偏移，产生感应偶极矩。产生感应偶极矩。在外电场作用下在外电场作用下, 电介质内部感生偶电介质内部感生偶极矩的现象，称为电介质的极化。极矩的现象，称为电介质的极化。导体中的导体中的自由电荷自由电荷在电场作用下定向运动，形成传导在电场作用下定向运动，形成传导电流。但在电介质中，原子、分子或离子中的正负电电流。但在电介质中，原子、分子或离子中的正负电荷则以共价键或离子键的形式被相互强烈地束缚着，荷则以共价键或离子键的形式被相互强烈地束缚着，通常称为通常称为束缚电荷束缚电荷。第二章第二章 材料的电性能材料的电性能第二节第二节 材料的介电性能材料的介电性能二、电解质的极化机制二、电解质

5、的极化机制1 1、极化相关物理量、极化相关物理量注意：铁电体中自发极化的产生是不需要外加电注意：铁电体中自发极化的产生是不需要外加电场诱导的，完全是由特殊晶体结构诱发的。场诱导的，完全是由特殊晶体结构诱发的。电介质电介质极性分子电介质极性分子电介质非极性分子电介质非极性分子电介质主要差别：是分子的正、负电荷统计重心是否重合，第二章第二章 材料的电性能材料的电性能第二节第二节 材料的介电性能材料的介电性能极性分子存在极性分子存在电偶极矩电偶极矩，其电偶极矩为，其电偶极矩为:极化电荷极化电荷：是指和外电场强度相垂直的电介质表面：是指和外电场强度相垂直的电介质表面分别出现的正、负电荷，这些电荷不能自

6、由移动，分别出现的正、负电荷，这些电荷不能自由移动，也不能离开，总值保持中性。也不能离开，总值保持中性。电介质在电场作用下的极化程度用极化强度矢量电介质在电场作用下的极化程度用极化强度矢量P表示，表示，极化强度极化强度P是电介质单位体积内的感生偶极是电介质单位体积内的感生偶极矩，可表示为：矩，可表示为：VPlim单位为库仑单位为库仑/米米2 (C/m2)第二章第二章 材料的电性能材料的电性能第二节第二节 材料的介电性能材料的介电性能V宏观上无限小微观宏观上无限小微观上无限大的体积元上无限大的体积元V(1).真空中真空中 P P = 0 0 ，真空中无电介质。，真空中无电介质。(2).导体内导体

7、内 P P = 0 0 ，导体内不存在电偶极子。，导体内不存在电偶极子。(3). 电偶极子排列的有序程度反映了介质被极化的电偶极子排列的有序程度反映了介质被极化的程度，排列愈有序说明极化愈烈程度，排列愈有序说明极化愈烈第二章第二章 材料的电性能材料的电性能第二节第二节 材料的介电性能材料的介电性能已经证明，电极化强度就等于分子表面电荷密度已经证明，电极化强度就等于分子表面电荷密度，即，即P = 实验证明，电极化强度不仅与所加外电场有关，而且还和极化电实验证明，电极化强度不仅与所加外电场有关，而且还和极化电荷所产生的电场有关，即荷所产生的电场有关，即因为因为所以所以介电系数是综合反介电系数是综合

8、反映介质内部电极化映介质内部电极化行为的一个主要宏行为的一个主要宏观物理量观物理量第二章第二章 材料的电性能材料的电性能第二节第二节 材料的介电性能材料的介电性能 2 2、电介质极化类型、电介质极化类型极化类型极化类型弹性位移极化弹性位移极化（瞬时极化）（瞬时极化）取向极化取向极化电子位移极化电子位移极化空间电荷极化空间电荷极化离子位移极化离子位移极化 驰豫极化驰豫极化电子驰豫极化电子驰豫极化离子驰豫极化离子驰豫极化第二章第二章 材料的电性能材料的电性能第二节第二节 材料的介电性能材料的介电性能3 3、电介质极化机制、电介质极化机制（1）位移极化）位移极化电子位移极化：电子位移极化：在外电场作

9、用下，原于外围的电子轨道相对于原子核发生位移，原子中的正、负电荷重心产生相对位移。根据玻尔原子模型，经典理论可以计算出电子的平均极化率：R为原子半径响应时间为响应时间为10-1410-16 S可见光频段第二章第二章 材料的电性能材料的电性能第二节第二节 材料的介电性能材料的介电性能离子位移极化：离子位移极化：第二章第二章 材料的电性能材料的电性能第二节第二节 材料的介电性能材料的介电性能离子在电场作用下偏移平衡位置的移动，相当于形成一个感生偶极矩；也可以理解为离子晶体在电场作用下离子间的键合被拉长。根据经典弹性振动理论可以估计出离子位移极化率：式中：a为晶格常数；n为电子层斥力指数，离子晶体n

10、为710响应时间为响应时间为10-1210-13 S ,微波频段注：只有当分子结构有极化时，离子的位移极化才表现的较为突出，在无极性分子中离子位移极化率很小，这时仍以电子极化为主。第二章第二章 材料的电性能材料的电性能第二节第二节 材料的介电性能材料的介电性能（2）驰豫（松弛）极化）驰豫（松弛）极化当材料中存在着弱联系的电子、离子和偶极子等弛豫质点时，温度造成的热运动使这些质点分布混乱，而电场使它们有序分布，平衡时建立了极化状态。这种极化具有统计性质，称为热弛豫(松弛)极化。特点：特点：与热运动有关。极化需要克服一定的势垒，因而需要消耗一定的能量。是非弹性的。不可逆带电质点热运动距离远。第二章

11、第二章 材料的电性能材料的电性能第二节第二节 材料的介电性能材料的介电性能电子驰豫极化电子驰豫极化eT: 由于晶格的热振动、晶格缺陷、杂质引入、化学成分局部改变等因素，使电子能态发生改变，出现位于禁带中的局部能级形成所谓弱束缚电子。外加电场使弱束缚电子的运动具有方向性，这就形成了极化状态，称之为电子弛豫极化。响应时间为响应时间为10-210-9 S ,离子驰豫极化离子驰豫极化aT: 在玻璃态物质中，结构松散的离子晶体或晶体中的杂质或缺陷区域，自身能量较高，易于活化迁移的弱联系离子。在外加电场作用下可以从一平衡位置移动到另一平衡位置，形成极化状态，称为离子驰豫极化。第二章第二章 材料的电性能材料

12、的电性能第二节第二节 材料的介电性能材料的介电性能离子热弛豫极化率的大小：离子热弛豫极化率的大小： 为弱离子在电场作用下的迁移量响应时间为响应时间为10-210-5S ，无线电频率。（3）取向（转向）极化）取向（转向）极化指极性介电体的分子偶极矩在外电场作用下，沿外施电场方向转向，而产生宏观偶极矩的极化，这种称为取向极化介质中存在固有电矩响应时间为响应时间为10-210-10S ，无线电频率。第二章第二章 材料的电性能材料的电性能第二节第二节 材料的介电性能材料的介电性能（4）空间电荷极化）空间电荷极化离子多晶体的晶界处、晶体缺陷、微区夹层与不均质结构等存在空间电荷，这些混乱分布的空间电荷，在

13、外电场作用下，趋向于有序化，即空间电荷的正负电荷质点分别向外电场的负、正极方向移动，从而表现为极化。大约几秒到数十分钟，甚至数十小时。只对直流和低频下的强度有贡献第二章第二章 材料的电性能材料的电性能第二节第二节 材料的介电性能材料的介电性能4 4、宏观极化强度与微观极化率关系、宏观极化强度与微观极化率关系第二章第二章 材料的电性能材料的电性能第二节第二节 材料的介电性能材料的介电性能退极化场Ed第二章第二章 材料的电性能材料的电性能第二节第二节 材料的介电性能材料的介电性能2.2.2 2.2.2 介电损耗介电损耗当介电质受交变电场作用时，由于偶极子取向需要克服分子间的摩擦力等原因，往往会发生

14、电能转化为其他形式的能（如热能）的情况，即发生电能的损耗。常将电介质在电场作用下，单位时间损耗的电能叫介电损耗一、复介电常数及损耗因子一、复介电常数及损耗因子其回路电流第二章第二章 材料的电性能材料的电性能第二节第二节 材料的介电性能材料的介电性能正玄电压下的理想平板电容器第二章第二章 材料的电性能材料的电性能第二节第二节 材料的介电性能材料的介电性能第二章第二章 材料的电性能材料的电性能第二节第二节 材料的介电性能材料的介电性能 真实的电介质平板电容器的总电流，包括了三个部分：由理想的电容充电所造成的电流Ic；电容器真实电介质极化建立的电流Iac；电容器真实电介质漏电流Ide如果以复数形式表

15、示交变电场强度和电通量密度（电位移），则如果以复数形式表示交变电场强度和电通量密度（电位移），则有有tiEEexp0tiexp0第二章第二章 材料的电性能材料的电性能第二节第二节 材料的介电性能材料的介电性能由式由式 得到电介质介电常数的复数形式得到电介质介电常数的复数形式 E i式中，式中， 为介电常数的实部，它与电介质在每周期内储存的为介电常数的实部，它与电介质在每周期内储存的最大电能有关；最大电能有关； 为介电常数的虚部，与电介质在每一周期为介电常数的虚部，与电介质在每一周期内以热的形式消耗的电能有关内以热的形式消耗的电能有关。 复介电常数的实部复介电常数的实部 相当于静介电常数相当于静

16、介电常数 ，它使电容电流，它使电容电流增大（因为大于增大（因为大于1），其虚部），其虚部 则表示了介电损耗的大小，则表示了介电损耗的大小，通常称之为介通常称之为介电损耗因子电损耗因子。介电损耗也可用损耗角的正切。介电损耗也可用损耗角的正切 表征，即表征，即 tg第二章第二章 材料的电性能材料的电性能第二节第二节 材料的介电性能材料的介电性能此相移相当于所加电压与感应电流之间的时间滞后，它引起此相移相当于所加电压与感应电流之间的时间滞后，它引起交流电路中的损耗电力和能量耗散。交流电路中的损耗电力和能量耗散。损耗因子是电介质作为损耗因子是电介质作为绝缘材料是否有用的基本判据。绝缘材料是否有用的基本

17、判据。为此，最好是有低的介电常为此，最好是有低的介电常数，特别是很小的损耗角（对于理想电容器，数，特别是很小的损耗角（对于理想电容器， ）。）。对于要求以最小的物理空间中获得高电容量的场合，必须用对于要求以最小的物理空间中获得高电容量的场合，必须用高介电常数的材料。不过，对这些应用来说，具有低的损耗高介电常数的材料。不过，对这些应用来说，具有低的损耗因子也是同样重要的。因子也是同样重要的。 0tg第二章第二章 材料的电性能材料的电性能第二节第二节 材料的介电性能材料的介电性能2.2.3 2.2.3 介电强度（介电击穿强度）介电强度（介电击穿强度）电介质的击穿电介质的击穿 一般外电场不太强时，电

18、介质只被一般外电场不太强时，电介质只被极化，不影响其绝缘性能。当其处在很强的外电场极化，不影响其绝缘性能。当其处在很强的外电场中时，电介质分子的正负电荷中心被拉开，甚至脱中时，电介质分子的正负电荷中心被拉开，甚至脱离约束而成为自由电荷，电介质变为导电材料。离约束而成为自由电荷，电介质变为导电材料。当当施加在电介质上的电压增大到一定值时，使电介质施加在电介质上的电压增大到一定值时，使电介质失去绝缘性的现象称为失去绝缘性的现象称为击穿击穿(breakdown)(breakdown)。 击穿场强击穿场强电介质所能承受的不被击穿的最大场强。电介质所能承受的不被击穿的最大场强。击穿电压击穿电压电介质（或

19、电容器）击穿时两极板的电压电介质（或电容器）击穿时两极板的电压。第二章第二章 材料的电性能材料的电性能第二节第二节 材料的介电性能材料的介电性能影响材料介电强度的因素影响材料介电强度的因素 介质结构的不均匀性介质结构的不均匀性晶相、玻璃相、气孔等晶相、玻璃相、气孔等 材料中气泡的作用材料中气泡的作用气泡本身抵抗电场强度比固体介质低很多气泡本身抵抗电场强度比固体介质低很多 材料表面状态与边缘电场材料表面状态与边缘电场固体介质表面常常发生介质表面放电固体介质表面常常发生介质表面放电电极的边缘常发生电场畸变，使边缘局部电场强电极的边缘常发生电场畸变，使边缘局部电场强度升高，导致击穿电压下降。度升高，

20、导致击穿电压下降。2.2.3 2.2.3 材料的压电性材料的压电性第二章第二章 材料的电性能材料的电性能第二节第二节 材料的介电性能材料的介电性能Pierre Curie was born in Paris, on May 15, 1859. Pierre was killed in a street accident in Paris on April 19, 1906 长期从事晶体方面的研究，做出许多卓有成效的工作 第二章第二章 材料的电性能材料的电性能第二节第二节 材料的介电性能材料的介电性能Born in Warsaw on November 7, 1867Marie died of

21、leukaemia in July, 19341894年，福克特（W. Voigt）更严谨地定出晶体结构与压电性的关系，他发现32种晶类（class）具有压电效应。第一次世界大战期间，蓝杰文（P. Langevin）第一次利用石英晶体制成了声纳，用于探测海洋深度。此后，石英振荡器技术开始受到重视，并逐渐扩大了应用领域。第二章第二章 材料的电性能材料的电性能第二节第二节 材料的介电性能材料的介电性能第二章第二章 材料的电性能材料的电性能第二节第二节 材料的介电性能材料的介电性能压电性压电性就是指某些晶体材料按所施加的机械应力成就是指某些晶体材料按所施加的机械应力成比例地产生电荷的能力。比例地产生

22、电荷的能力。一、压电效应（一、压电效应（Piezoeletric effect)正压电效应-当对石英晶体在一定方向上施加机械应力时，在其两端表面上会出现数量相等、符号相反的束缚电荷；而且在一定范围内电荷密度与作用力成正比。逆压电效应-石英晶体在一定方向的电场作用下，则会产生外形尺寸的变化，在一定范围内，其形变与电场强度成正比。第二章第二章 材料的电性能材料的电性能第二节第二节 材料的介电性能材料的介电性能第二章第二章 材料的电性能材料的电性能第二节第二节 材料的介电性能材料的介电性能1. 石英晶体的压电性石英晶体的压电性第二章第二章 材料的电性能材料的电性能第二节第二节 材料的介电性能材料的介

23、电性能石英作为压电晶体的代表，最早获得了实际应用。石英作为压电晶体的代表，最早获得了实际应用。那么，石英晶体在机械力的作用下为什么会在其那么，石英晶体在机械力的作用下为什么会在其表面产生电荷呢？表面产生电荷呢？ 受到外力作用，石英晶体表面带上电荷受到外力作用，石英晶体表面带上电荷 当石英晶体未受外力作用时，正、负离子正好分布在正六边形的顶角上，形成三个互成120夹角的电偶极矩1、2、3。 如图（a）所示。 因为= qL（q为电荷量，L为正负电荷之间的距离），此时正负电荷中心重合，电偶极矩的矢量和等于零，即 1+2+30所以晶体表面不产生电荷，呈电中性。当晶体受到沿x方向的压力（x 0在y、z方

24、向上的分量为: ( 1+ 2+ 3)y = 0 ( 1+ 2+ 3)z= 0当晶体受到沿x方向的拉力（x 0）作用时，其变化情况如图（c）所示。电偶极矩1增大， 2、 3减小，此时它们在x、y、z三个方向上的分量为 (1 +2 +3) x0 (1+ 2+ 3)y =0 (1 +2 +3)z =0在x轴的正向出现负电荷，在y、z方向依然不出现电荷。可见，当晶体受到沿x(电轴)方向的力x 作用时，它在x方向产生正压电效应，而y、z方向则不产生压电效应。晶体在y轴方向受力y作用下的情况与x 相似。当y 0时，晶体的形变与图（b）相似；当y 0时，则与图（c）相似。由此可见，晶体在y（即机械轴）方向的

25、力 y作用下，在x方向产生正压电效应，在y、z方向同样不产生压电效应。 晶体在z轴方向受力z的作用时，因为晶体沿x方向和沿y方向所产生的正应变完全相同，所以，正、负电荷中心保持重合，电偶极矩矢量和等于零。这就表明，在沿z(即光轴)方向的力z 作用下，晶体不产生压电效应。 若从晶体上切下一块如图（a）所示的晶片，当沿电轴x方向施加应力x时，晶片将产生厚度变形，并发生极化现象。在晶体线性弹性范围内，极化强度11与应力x 成正比。bcFddPxx111111bcqPx11xxFdq11xxxxxCFdCqU11xxEdaUdaa1111若在同一切片上，沿机械轴若在同一切片上，沿机械轴y y方向施加应

26、力方向施加应力y y，则仍在，则仍在与与x轴垂直的平面上产生电荷轴垂直的平面上产生电荷q qy y，其大小为，其大小为 yyFabdFacbcdq121212yFabdq1112xUabdb11xyxxCFabdCqU1112xEdbb11zFdq33xzxyzyAAFdAAFdq3132第二章第二章 材料的电性能材料的电性能第二节第二节 材料的介电性能材料的介电性能二、压电材料主要的表征参数二、压电材料主要的表征参数1、机械品质因数压电振子-当向一个具有一定取向和形状制成的有电极的压电晶片(或极化了的压电陶瓷片)输入电场，其频率与晶片的机械谐振频率一致时。就会使晶片因逆压电效应而产生机械谐振

27、。压电振于谐振时，仍存在内耗，造成机械损耗，使材料发热，降低性能。反映这种损耗程度的参数称为机械品质因数Qm，其定义式为：第二章第二章 材料的电性能材料的电性能第二节第二节 材料的介电性能材料的介电性能晶振的内部结构 第二章第二章 材料的电性能材料的电性能第二节第二节 材料的介电性能材料的介电性能式中: Wm为振动一周单位体积存贮的机械能,Wm为振动一周内单位体积内消耗的机械能。2、机电耦合系数机电耦合系数常用K表示，其定义为:机械能和电能转换的量度第二章第二章 材料的电性能材料的电性能第二节第二节 材料的介电性能材料的介电性能三、影响材料压电性能的因素三、影响材料压电性能的因素1、晶体结构对

28、压电性的影响压电效应只能在不具有对称中心的晶体内才能发生，具有对称中心的晶体都不具有压电效应。非极性分子基本不呈现压电性，空间电荷不均一分布的有可能出现压电性。2、压电材料的预极化对压电性能的影响所谓预极化就是在宏观不呈现压电效应的压电陶瓷上加上一个强直流电，使陶瓷中的电畴沿电场方向取向排列。时间、温度压电传感器压电传感器 是利用压电效应制造而成的。压电传感器主要应用在是利用压电效应制造而成的。压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。加速度、压力和力等的测量中。 结构简单、体积小、结构简单、体积小、重量轻。重量轻。压电传感器压电陶瓷点火器压电陶瓷点火器清华大学研制的直径清华大学研制的直

29、径1毫米世界最小超声马达毫米世界最小超声马达 利用压电晶体的逆压电效应让马达定子处于超声频率的利用压电晶体的逆压电效应让马达定子处于超声频率的振动，然后靠定子和转子之间的摩擦力来传递能量，带动转振动，然后靠定子和转子之间的摩擦力来传递能量，带动转子转动。子转动。超声用压电陶瓷换能器超声用压电陶瓷换能器第二章第二章 材料的电性能材料的电性能第二节第二节 材料的介电性能材料的介电性能2.2.4 2.2.4 材料的热释电性和铁电性材料的热释电性和铁电性某些晶体除了由于应力产生电荷以外，温度的变化也可以引起电极状态的改变，因此当均匀加热时，这类晶体能够产生极化而形成偶极子。这种效应称为热释电效应（Py

30、roelectric effect)。一、材料的热释电性一、材料的热释电性热释电效应是由于晶体中存在自发极化而引起的第二章第二章 材料的电性能材料的电性能第二节第二节 材料的介电性能材料的介电性能热释电晶体的内部存在着热释电晶体的内部存在着自发极化自发极化，在恒温时，由于极化电，在恒温时，由于极化电荷电场的作用，从周围空气中吸引自由电荷导晶体表面上来，荷电场的作用，从周围空气中吸引自由电荷导晶体表面上来，补偿了晶体内部的极化电荷，所以观察不到晶体的带电性。补偿了晶体内部的极化电荷，所以观察不到晶体的带电性。当温度变化时，晶体的自发极化立即随温度变化，而分布于当温度变化时，晶体的自发极化立即随温

31、度变化，而分布于晶体表面上的自由电荷层较为稳定，通常跟不上极化电荷的晶体表面上的自由电荷层较为稳定，通常跟不上极化电荷的变化，于是显露出带电性，即在晶体的两端面上产生电位差变化，于是显露出带电性，即在晶体的两端面上产生电位差的变化，产生的电荷量与温度的变化成正比。的变化，产生的电荷量与温度的变化成正比。第二章第二章 材料的电性能材料的电性能第二节第二节 材料的介电性能材料的介电性能 具有压电性的晶体不一定就具有热释电性，仅当晶体中存在有与其它极轴都不同的唯一极轴时，才可能有热膨胀引起晶体总电矩的改变，从而表现为热释电性。注： 具有对称中心的晶体不可能具有热释电性 热释电传感器可探测热释电传感器

32、可探测115m的红外区域，的红外区域，广泛地应用于辐射温度测量、红外光谱测量、广泛地应用于辐射温度测量、红外光谱测量、激光参数测量、非接触式温度测量、工业过激光参数测量、非接触式温度测量、工业过程自动监控、安全警戒、红外摄像与空间技程自动监控、安全警戒、红外摄像与空间技术等方面。单元传感器的应用包括入侵者报术等方面。单元传感器的应用包括入侵者报警、火警、气体分析、污染监控等。多元阵警、火警、气体分析、污染监控等。多元阵列则可用于热成像、红外光谱分析、激光束列则可用于热成像、红外光谱分析、激光束剖面分析等。剖面分析等。常见热释电红外传感器的外形红外测温仪红外测温仪前面讲到，前面讲到，在外加电场作

33、用下，介质的极化强在外加电场作用下，介质的极化强度与宏观电场成正比，这类介质称为线性介质。度与宏观电场成正比，这类介质称为线性介质。 是不是所有的电介质都是这样呢？第二章第二章 材料的电性能材料的电性能第二节第二节 材料的介电性能材料的介电性能第二章第二章 材料的电性能材料的电性能第二节第二节 材料的介电性能材料的介电性能二、材料的铁电性二、材料的铁电性非线性电介质-即使在无电场作用下也能表现出很强的电偶极矩，这些电偶极矩在反相电场作用下可以重新取向，其极化强度与外加电场强度的关系是非线性的。1、铁电体、电畴、铁电体、电畴（1）电滞回线和铁电体）电滞回线和铁电体1920年，法国人Valasek

34、发现罗息盐（酒石酸钾钠）具有特异的介电性能，即极化强度随外加电场的变化满足电滞回线，把具有这种性质的晶体称为铁电体。第二章第二章 材料的电性能材料的电性能第二节第二节 材料的介电性能材料的介电性能构成电滞回线的几个重要参量：饱和极化强度：Ps剩余极化强度：Pr矫顽电场：Ec居里温度：Tc电滞现象与电滞回线（以钛酸钡为例）电滞现象与电滞回线（以钛酸钡为例）EPoCto120 EPoCto120 ABCDsPsP rPrP 温度较高时，电极温度较高时，电极化强度与电场强度化强度与电场强度成正比。成正比。温度较低时，电极化强度与温度较低时，电极化强度与电场强度不成正比，而是滞电场强度不成正比，而是滞

35、后于电场强度的变化，形成后于电场强度的变化，形成电滞回线。电滞回线。第二章第二章 材料的电性能材料的电性能第二节第二节 材料的介电性能材料的介电性能v铁电体具有自发极化.v电偶极矩在外电场作用下, 可以改变取向。v在同一外电场作用下，极化强度可以有双值，表现为电场置的双值函数.（2）电畴）电畴由于电退极化场与极化方向反向，使静电能升高。在受机械约束时，伴随着自发极化的应变还将使应变能增加，所以整体均匀极化的状态不稳定，晶体趋向于分成多个小区域。每个区域内部电偶极子沿同一方向但不同小区域的电偶极子方向不同，这每个小区域称为电畴(简称畴)。第二章第二章 材料的电性能材料的电性能第二节第二节 材料的介电性能材料的介电性能畴壁电畴结构与晶体结构有关第二章第二章 材料的电性能材料的电性能第二节第二节 材料的介电性能材料的介电性能电畴的运动：新畴出现、发展与畴壁移动来实现的180畴转向是通过许多尖劈形新畴出现而发展90畴主要通过是畴壁侧向移动来实现剩余极化结论：电滞回线是铁电体的铁电畴在外电场作用下运动的宏观描述注意：铁电体的介电常数不是恒定值，一般以OA 在原点的斜率来代表介电常数，所以在测定介电常数时，外电场应很小。铁电体的起源极化的本质: 对称性的减小64K FeRAM铁电存储器铁电存储器的应用领域：铁电存储器的应用领域：强耐辐射能