6.2.铁电陶瓷+.ppt

1、铁电陶瓷的铁电改性机理铁电陶瓷的老化和疲劳现象6.2铁电材料，关键概念：自发极化剩余极化矫顽场铁电磁滞回线畴铁电陶瓷，极板上的电荷密度：静态介电系数：电介质极化后：反映极板间的介电特性C:极板电容，6.2.1基本概念，电偶极子：由两个电荷点(Q， -q)具有相等的尺寸和相反的符号，并且相互之间的距离为L，称为偶极子和电偶极矩：它在微观尺度上指示粒子在外部电场中的极化。 极性：表示单位电场作用下的电偶极矩。Eloc:作用于粒子的有效电场，包括外部宏观电场和周围极化粒子作用于粒子的微观电场。A:表征材料的极化能力，它只与材料的性质有关。极化强度：单位体积电偶极矩矢量之和称为极化强度，用P表示。结果

2、表明，电解质材料在电场作用下的极化程度，激发极化电子位移极化离子位移极化，电介质的极化强度与外加电场成正比：P=o (r -1)Ee=o E线性关系，自发极化：无外加电场， 晶体的正负电荷中心不重合，呈现电偶极矩，这与外加电场无关，外加电场可以使极化反转成非线性关系。 铁电体它们最显著的特征，或宏观表现，是它们有磁滞回线。磁滞曲线：铁电状态下极化和电场之间关系的典型回路。当没有外加电场时，晶体中的电畴分布是无序的，这使得整个晶体呈现电中性，宏观上是非极性的。电畴：在铁电体中，某些子区域中固有电偶极矩方向相同的区域称为电畴或畴。畴壁：畴之间的边界。在外加电场的作用下：极化畴沿电场方向生长，与电场

3、方向相反的畴消失，沿其他方向分布的畴转向电场方向，极化强度随着外加电场的增加而增加，直至整个晶体成为单个极化畴。如果我们继续增加电场，只会出现电子和离子的极化效应，这与一般电介质的极化效应相同。电畴：在铁电体中，某些子区域中固有电偶极矩方向相同的区域称为电畴或畴。畴壁：畴之间的边界。铁电磁滞回线，OA:弱电场，P和e之间的线性关系，ab: p迅速增加，畴反转b:极化饱和，单畴BC:感应极化增加，总极化增加CBD:电场减小，极化减小OD:电场为零，剩余极化Pr OE:自发极化Ps OF:矫顽场Ec，磁滞回线的形成与畴反转有关，P总是感觉到Ps电介质的极化强度与外加电场成正比：P=o eE， 电畴

4、观察：电子显微镜、透射电镜、原子力显微镜、原子力显微镜、液晶化学腐蚀、粉末沉淀、x光形貌、光学双折射、180畴、90畴的原子力显微镜照片、纳米薄膜中的电畴、铁芯颗粒、顺电壳颗粒、壳芯颗粒和陶瓷颗粒的透射电镜照片。 根据能量最低的原则，相邻电畴中的偶极矩以90或180的夹角排列，即电畴的排列方式分为180电畴(反平行)和90电畴。铁电陶瓷：在一定温度范围内自发极化的陶瓷，其自发极化能被外部电场转换，称为铁电陶瓷。因为它的介电系数高达103104，所以也被称为强介电瓷。它的介电损耗太大，tg约为10-210-3，这是合适的(1)结构，(2)钛酸钡的相变，立方四方三角形，钛酸钡的介电常数与温度的关系

5、，以及大的Ti4 O2间距(2.005A)，所以氧八面体的间隙大，Ti4离子可以在氧八面体中振动。T120和Ti4处于顺电相，所有各方的概率相同(稳定倾向氧离子的概率为零)，具有高度对称性。T120和Ti4由于热波动而偏离一侧，形成偶极矩，偶极矩在氧八面体的三维方向上相互转移和耦合，形成具有自发极化的小区域，即电畴。(3)钛离子位移引起的自发极化的原因，钛酸钡单晶的Ps与温度的关系，(4)电畴结构及其运动方式，四方钛酸钡中的180和90畴壁，在外加电场的驱动下，电畴将随外加电场的方向转动而运动。当施加的电场足够强时，电畴将尽可能统一到外部电场的相同方向。180畴不产生应力(由于反平行自发极化，

6、晶体的变形是同维的)。这90个畴在晶体中引起应力。2.钛酸钡的介电性能(1)介电常数与温度的关系钛酸钡单晶(单畴)与温度的关系(根据四方体系的A轴和C轴测量)，80，0和120的峰值在A轴比在C轴大，与方向无关。陶瓷在单晶的A轴和C轴值之间是多晶的：晶粒是随机取向和多畴的；不同取向的转变点处的峰不像单晶那样尖锐；多相体系的应力：引起Tc弥散(居里区)，Tc均为120，(2)Tc与交变电场强度的关系：当电场较弱时，在1500 E和E5kV/cm处趋于饱和；(2)介电常数与电场的关系(3)介电常数与频率的关系(5.2.3铁电陶瓷的改性机理，1)。居里区和相变扩散。居里峰的加宽效应。陶瓷和单晶的居里

7、峰移动效应，峰值在Tc。单晶：居里峰陶瓷：居里区。1.居里区和相变扩散。陶瓷中居里区的扩展现象称为扩散相变或扩散相变。原因通常被归类为“异质共存”。Tc分散居里区的非均质共存主要是由成分波动、结构波动等引起的。两个铁电相共存。铁电相与非铁电相共存。成分波动，相变化和扩散，和(a)两个铁电相共存。在钛酸钡的固溶体中，Sr2和Pb2离子是等价的，相等且相等地取代了A位的Ba2离子。钛酸钡、钛酸锶和钛酸铅都属于铁电体，但它们的居里点不同。因此，固溶体形成后的Tc与其成分有关。从宏观上看，Ba2、Sr2和Pb2离子的分布是均匀的，但从微观上看，它是不均匀的，并且存在成分波动，所以每个微观区域的Tc是不

8、同的，结果，居里点Tc的居里面积和峰值被加宽。当两种铁电体共存时，居里峰仍然明显，Pb(Ti1-xSnx)O3铁电体与非铁电体共存，Ba1-xPbxTiO3铁电体共存，居里区，(b)铁电相与非铁电相共存，如果加入Hf4、Sn4和Zr4等离子体取代钛酸钡、BaHfO3、BaSnO3、BasRo3等中的Ti4离子，材料的铁电性能将随着添加量的增加而丧失。当铁电体和非铁电体共存时，相变扩散更加明显。随着锆含量的增加，BaTi _ 1-XZr _ XO _ 3的相变扩散现象明显。居里区，居里峰，2，结构涨落和相变扩散，钙钛矿结构，钙钛矿结构：不同类型的原子存在于同一晶格位置，它们的分布有一定的规律。例如，铅(Yb1/2Nb1/2)O3的居里峰具有陡峭的特征。1什么是加宽效应？2获得加宽效果？2.铁电陶瓷居里峰的展宽效应意味着1.什么是加宽效应？2.获得展宽效应，成分波动和结构波动引起的相变扩散明显。然而，为了极大地拓宽居里峰并具有更大的值，必须考虑其他效应。a溶液缓冲展宽效应b晶界缓冲展宽效应，展宽剂：一种以钛酸钡为基本成分引入固溶体的物质，它明显展宽了铁电固溶体的居里峰。缓冲增宽效应的溶液、具有简单的增宽效应：CaTiO3、MgTiO3、Bi2/3TiO3、BaSe B2 o 6。展宽效应