铁电功能材料ppt课件.ppt

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1、第五章铁电功能材料1电介质功能材料介电材料铁电材料压电材料敏感电介质材料电功能材料电导体功能材料导电材料快离子导体电阻材料超导电体2铁电陶瓷材料铁电体(ferroelectrics)是电介质的一个亚类,其基本特征是具有自发电极化并且这种电极化可以在外电场作用下改变方向。由于自身结构的原因，铁电体同时具有压电性和热释电性，此外一些铁电晶体还具有非线性光学效应、电光效应、声光效应、光折变效应等。铁电体这些性质使它们可以将声、光、电、热效应互相联系起来，成为一类重要的功能材料。3具有自发极化，且自发极化能够为外电场所转

2、向的一类材料，称为铁电材料。铁电材料的介电常数可高达103～104（普通电介质的介电常数仅为几十），具有功能多、用途广、品种繁多的特点。利用其高介电常数的特点，可以用于制作小体积、大容量的低频电容器，广泛应用在滤波、旁路、隔直等电子线路中。利用其压电特性，可以用于制作压电陶瓷谐振器、滤波器、压电传感器、超声换能器、压电变压器等电子元器件。70年代以来，研制成功透明铁电陶瓷，使得铁电体的光学效应在更广阔的科技领域加以利用。80年代以来，铁电薄膜的出现，被广泛应用于制作铁电存储器使得铁电体的光学效应在更广阔的科技领域

3、加以利用。目前得到广泛使用的铁电陶瓷材料，几乎都是以钙钛矿结构为主的固溶体陶瓷。铁电材料ferroelectricmaterials41.1、基本概念51极化polarization在电场作用下，电介质中束缚着的电荷发生位移或者极性按电场方向转动的现象，称为电介质的极化。2自发极化spontaneouspolarization在没有外电场作用时，晶体中存在着由于电偶极子的有序排列而产生的极化，称为自发极化。在垂直于极化轴的表面上，单位面积的自发极化电荷量称为自发极化强度。单位面积的极化电荷量称为极化强度，它是一个

4、矢量，用P表示，其单位为C/m2。3介电常数dielectricconstant表征材料极化并储存电荷能力的物理量称为介电常数，用ε表示，无量纲。6材料可按其对外电场的响应方式区分为两类，一类是以电荷长程迁移即传导的方式对外电场作出响应，这类材料称为导电材料。另一类以感应的方式对外电场作出响应，即沿着电场方向产生电偶极矩或电偶极矩的改变，这类材料称为电介质，这种现象称为电介质的极化。电介质的极化与铁电性7电介质又分为非极性电介质和极性电介质两大类。前者由非极性分子组成，在无外电场时分子的正负电荷重心互相重合，不具

5、有电偶极矩。只是在外电场作用下正负电荷出现相对位移，才出现电偶极矩。后者由极性分子组成，即使在无外场时每个分子的正负电荷重心也不互相重合，具有固有电矩，它与铁电性有密切关系。电介质的极化与铁电性8介质的极化特性与其晶体结构有着深刻的内在联系。晶体可分为7大晶系，32种点群。其中有20种点群不具有中心对称，它们的电偶极矩可因弹性形变而改变，因而具有压电性并称为压电体。在压电体中具有唯一极轴（又称为自发极化轴）的10种点群可出现自发极化，即在无外电场存在的情况下也存在电极化。它们因受热产生电荷，故称为热释电体。在这些

6、极性晶体中，因外加电场作用而改变自发极化方向的晶体便是铁电体。因此，凡是铁电体必然是热释电体，而热释电体也必然是压电体。9铁电体的定义：是指在某温度范围内具有自发极化且极化强度可以因外电场而反向的晶体。铁电体的两个特点是：一是具有电滞回线，一个是具有许多电畴。所谓电畴就是在一个电畴范围内永久偶极矩的取向都一致。因此凡具有电畴和电滞回线的介电材料就称为铁电体。101.2、晶体结构111.铁电材料的钙钛矿结构ABO3型钙钛矿结构钙钛矿结构以BaTiO3的结构为代表，许多铁电、介电、压电、光电以及高温超导材料都具有钙钛

7、矿结构，如：BaTiO3,PbZrO3(Na1/2Bi1/2)TiO3，(K1/2Bi1/2)TiO3Pb(Zn1/3Nb2/3)O3，Pb(Mg1/3Nb2/3)O312ABO3型钙钛矿晶胞结构13离子A、B、C的半径RA、RB、RO满足下列关系才能组成ABO3结构：RA+RO=√2t（RB+RO）式中t为容差因子，可以在0.9~1.1范围内，这样A离子半径约为1.00~1.40A，B离子半径约为0.45~0.75，氧离子半径为1.32A。1.铁电材料的钙钛矿结构14a简单钙钛矿结构化合物ABO3型A位：+2价

8、阳离子，如Mg2+，Ca2+，Sr2+，Ba2+，Zn2+，Pb2+等B位：+4价阳离子，如Ti4+，Zr4+等典型化合物：BaTiO3，CaTiO3，SrTiO3，PbTiO3，ZnTiO3，BaZrO3，PbZrO3等15b复合钙钛矿结构化合物（A1x1A2x2）（B1y1B2y2）O3型A1A2占据A位，满足条件：其中：x1，x2分别为A1离子和A2离子化学计量比；