材料铁电性能的测量

1、材料铁电性能的测量第1页，共12页，2022年，5月20日，4点39分，星期四 实验目的 实验装置 实验原理 实验步骤 注意事项第2页，共12页，2022年，5月20日，4点39分，星期四 实验目的了解铁电参数测试仪的工作原理和使用方法；学习用铁电参数测试仪测量电滞回线第3页，共12页，2022年，5月20日，4点39分，星期四 实验装置 ZT铁电材料参数测试仪铁电陶瓷样品第4页，共12页，2022年，5月20日，4点39分，星期四 实验原理电滞回线是铁电性的一个最重要的标志。下图是一个铁电材料的典型电滞回线，假定铁电体在外场为零时，晶体中的各电畴互相补充，晶体对外的宏观极化强度为零，晶体的状

2、态处在图上的O点。第5页，共12页，2022年，5月20日，4点39分，星期四当外加电场于铁电体材料时，如认为所讨论的铁电材料只有彼此成1800的电畴，则铁电材料中沿电场方向的电畴扩大，而逆电场方向的铁电体的电滞回线电畴减小，即逆电场方向的电畴偶极矩转向电场方向，因而使介质的极化强度随着电场强度的增加而迅速地增大(图中A至B段)，图中B点相应于晶体中全部电畴偶极矩沿电场方向排列，达到了饱和。进一步增加电场，就只有电子的及离子的位移极化效应，P一E呈直线关系，如图中B至C段。如果减小外电场，晶体的极化强度从C点下降，由于自发极化偶极距仍大多在原定电场方向、故P一E曲线将沿CD曲线缓慢下降。当场强

3、E降到零时，极化强度P并不下降为零而仍然保留极化，称Pr(相应于图中OD线段)为剩余极化强度。第6页，共12页，2022年，5月20日，4点39分，星期四这里Pr是对整个晶体而言的，而线性部分的延长线与极化轴的截距Ps(相应图中OE线段)表示电畴的自发极化强度，相当于每个电畴的固有饱和极化强度。要把剩余极化去掉，必须再加反向电场，以达到晶体中沿电场方向和逆电场方向的电畴偶极矩相等，极化相消，使极化强度重新为零的电场El(相应于图中OF线段)称为矫顽电场。如果反向电场继续增加，则所有电畴偶极矩将沿反向定向，达到饱和(相应回中G点)。反向场强进一步增加，曲线G至H段与B至C段相似。要是电场再返回正

4、向，P一E曲线便按HGIC返回，完成整个电滞回线。电场每变化一周，上述循环发生一次。描述电滞回线最重要的参数为自发极化强度Ps和矫顽场强度Ec。不过矫顽场强与温度和频率有关，通常温度增加，矫顽场强下降；频率增加，矫顽场强增大。第7页，共12页，2022年，5月20日，4点39分，星期四 实验步骤电滞回线的测量一般采用正弦波、三角波信号。 精确地测定Pr值应采用间歇三角波信号。测量电路原理如下图所示：第8页，共12页，2022年，5月20日，4点39分，星期四 测量过程中，根据铁电样品的性能，通过仪器适当选择取样电容CO值（例如，0.1 ）及漏导补偿，并调节信号频率使漏导补偿处于最佳点从而得到理

5、想的铁电材料电滞回线。对于薄膜和陶瓷（体材料），测量电滞回线的方法基本相同，只是输入的模拟信号其幅值与频率的范围不同。第9页，共12页，2022年，5月20日，4点39分，星期四体材料测量步骤：仪器与示波器的连接见上图。注意，其中示波器X轴应接高压探头（将信号衰减100倍），示波器Y轴选用普通的示波器探头。将幅度调节旋钮19逆时针旋到底，防止接通电源后，信号强度过大冲击仪器。按下薄膜/陶瓷按钮16（此时，输出信号频率分段开关12无效）。补偿按钮17一般不要按下，因为体材料的漏导极小，不需补偿，以免发生电滞回线的过补偿。第10页，共12页，2022年，5月20日，4点39分，星期四通过取样选择旋

6、钮6选择取样电容C0 (用于测电滞回线，例如，取0.1)或取样电阻R0(用于测IV 特性，用于测IV 特性，例如，取 0.1k)。根据测量要求，通过波形选择旋钮9选择相应的测量波形。适当调节幅度调节旋钮19及频率调节旋钮18。观察示波器上显示出的电滞回线或IV特性。根据需要，重新调节上述步骤。例如，重新选择相应频段并调节频率及重新选择C0或R0以求测到最佳波形。关闭仪器电源前，请将输出信号幅值调节旋钮19逆时针旋到底，同时将薄膜/陶瓷选择按钮调至薄膜状态，防止下次开机时大电流对仪器造成冲击。第11页，共12页，2022年，5月20日，4点39分，星期四 注意事项(1)本仪器使用后，最好将接入的连线全部拆除。频率换档置于100Hz1kHz位置，幅度调节旋钮逆时针旋到底，R调节旋钮顺时针旋到底，波形选择置于正弦位置， 取样电容档置于1nF位置，这样可确保下次使用时仪器不受高压的冲击。 例如，若幅度调节旋钮处在最大位置，一旦薄膜/陶瓷按钮按下，则本仪器就可能输出4500Vp-p以上的高压，此时仪器内部电路会产生很大的冲击电流而损坏仪器。(2)不要短接铁电