铁电材料概述

《铁电材料概述》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、铁电材料概述报告人——陈新娟报告提纲概念发展历史制备方法现有铁电材料的优缺点以及研究方向铁电材料的应用压电材料、铁电材料压电材料是实现机械能与电能相互转换的功能材料.压电材料主要有四种：压电单晶、压电陶瓷、压电聚合物及复合压电材料。其中压电陶瓷系列品种众多,应用广泛。压电效应：正压电效应和逆压电效应。具有压电效应的材料称为压电材料。铁电材料：在具有压电效应的材料中,具有自发极化,(自发极化包括二部分：一部分来源于离子直接位移；另一部分是由于电子云的形变)而且其自发极化强度可以因外电场反向而反向,或者在电场作用下不可反向但可以重取向的晶体。铁电体中的自发极化有两个或多个可能的取向。所有铁电

2、体都可以通过人工极化使其具有压电性,但具有压电性的并不一定都是铁电体。声-热-电-光-磁-力等性质的交叉效应在铁电体中普遍存在。§1.1铁电体的基本物理特性1自发极化与铁电体诱导极化：E≠0P电滞回线：Pr称为铁电体的剩余极化强度Ec为矫顽场电场在正负饱和值之间循环一周时，形成了铁电电滞回线。关于铁电的发展历史，大体可以分为以下四个阶段罗息盐时期—发现铁电性KDP时期—铁电热力学理论钙钛矿时期—铁电软模理论铁电薄膜及器件时期—小型化（铁电液晶、聚合物复合材料、薄膜材料和异质结构等非均匀系统）（1）罗息盐罗息盐即酒石酸钾钠(NaKC4H406·4H20)是上千种铁电体中最早被发现的晶体之

3、一．它存在上、下两个居里点，297K和255K。在这两个温度之间，它处于铁电相。大于297K或小于255K时处于顺电相。六方结构。（2）KDP时期——KH2PO4KH2PO4的值却高达30在理论研究方面，Müller首先将热力学理论应用于铁电体。VLGinsburg将郎道（Landau）相变理论应用于KH2PO4型铁电体，并迈出了将这一理论应用于更一般情况的第一步德文希尔（De-Vonshire）将其进行完善，发展为今天仍之有效的郎道-德文希尔理论（3）钙钛矿型材料—ABO3钛酸钡（BaTiO3）钛酸钡陶瓷是目前应用最广泛和研究较透彻的一种铁电材料。钛酸钡是第一个不含氢的氧化物铁电体，由

4、于其性能优良，化学上，热学上的稳定性好，工艺简便，很快被用作介电和压电元件。钙钛矿结构：有BaTiO3(钛酸钡)、KNbO3、KTaO3、LiNbO3PZT(Pb(ZrTi)03)、PLZT(铅、镧、锆、钛)，至20世纪50年代末，大约有100种化合物被发现具有铁电性。截至1990年，已知的铁电体约为250种.通式ABO3其空间结构如右图铁电材料的分类（1）结晶化学分类含有氢键的晶体：磷酸二氢钾（KDP）、三甘氨酸硫酸盐（TGS）、罗息盐（RS）等。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；双氧化物晶体：如BaTiO3（BaO-TiO2）、KNbO3（K2

5、O-Nb2O5）、LiNbO3（Li2O-Nb2O5）等，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．它们可以归结为ABO3型，Ba2+，K+、Na+离子处于A位置，而Ti4+、Nb6+、Ta6+离子则处于B位置。（2）按极化轴多少分类沿一个晶轴方向极化的铁电体：罗息盐（RS）、KDP等；沿几个晶轴方向极化的铁电晶体：BaTiO3、Cd2Nb2O7等。（3）按照在非铁电相时有无对称中心分类非铁电相无对称中心：钽铌酸钾（KTN）和磷酸二氢钾（KDP）族的晶体。由于无对称中心的晶体一般是压电晶体，故它们都是具有压电效应的晶体；非铁电相时有对称中心：不具有压电效应，如BaTiO3、

6、TGS（硫酸三甘肽）以及与它们具有相同类型的晶体。（4）按相转变的微观机构分类（5）“维度模型”分类法铁电材料的制备方法1固相反应法2溶胶一凝胶法3熔盐法4喷雾分解法5柠檬酸前驱法6水热法7无卤素法8低温液相法9……铁电薄膜的主要制备方法两种主要制备方法（实验室可以做的）块状陶瓷的常用方法——固相烧结工艺主要步骤：配料混合预烧粉碎成型排胶烧结被电极测试薄膜材料的主要制备方法——溶胶凝胶法主要步骤：基片清洁溶胶的制备匀胶干燥晶化二、Bi6FeCrTi3O18样品制备及性能测试称料研磨、造粒、再研磨压片烧结预合成球磨抽料烘烤①②③④⑤⑥完成样品制备Bi6FeCrTi3O18样品的制备以及各性

7、能测量的流程图微观结构测量表面形貌测量铁磁性能测量铁电性测量⑦块状陶瓷的常用方法——固相烧结工艺具体流程（以制备层状钙钛矿为例）（1）称料1.烘料：将所需原料放到80℃下烘干24h2.按照化学式计算各原料所需质量，用电子电平称量，置于培养皿中。(2)球磨：将烘干好的料放入球磨罐里，再注入无水酒精至淹没料，将球磨罐放到球磨机器上固定好，设置转速，时间24h(注意球磨罐必须烘干)。(3)抽料：将球磨好的料，注入无水酒精，搅拌均匀，用洗净