关于铁电材料的发展历史和现状的论文

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1、关于铁电材料的发展历史和现状的论文作者：符春林潘复生蔡苇邓小玲　　　论文关键词：铁电材料罗息盐磷酸二氢钾钙钛矿　　论文摘要：铁电材料是～类重要的功能材料，是近年来高新技术研究的前沿和热点之一。通过罗息盐时期一发现铁电性、kdp时期一铁电热力学理论、钙钛矿时期一铁电软模理论、铁电薄膜及器件时期～小型化四个阶段阐述了铁电材料的发展历史，提出了研究中需要解决的一些问题。　　铁电材料是一类重要的功能材料．它具有介电性、压电性、热释电性、铁电性以及电光效应、声光效应、光折变效应和非线性光学效应等重要特性，可用于制作铁电存储器、热释电红外探测器、空间光调制器、光波导、介质移相器、压

2、控滤波器等重要的新型元器件。这些元器件在航空航天、通信、家电、国防等领域具有广泛的应用前景。因此铁电材料成了近年来高新技术研究的前沿和热点之一。　　早在远古时期，人们就知道某些物质具有与温度有关的自发电偶极距，因为它们被加热时具有吸引其它轻小物体的能力。.cOm1824年breenainr0chellesalt”报告中指出：电位移d、电场强度e、极化强度尸分别类比于磁学中的、和，．罗息盐中p与e之间存在的回线与磁滞回线类似。1921年。该报告全文发表在phvsicalrevienich0lson早在1919年就发表了关于罗息盐强烈谐振曲线的论文，但errem和瑞士苏黎世

3、的物理学家都不知道。他们认为特别宽的色散曲线不会是分子共振引起的，并决定重复errera的实验。scherrer的学生gbusch，将此问题作为其博士学位论文进行了研究。busch他找到与此问题相关、在1897年至1932年出版的文章仅约20篇。其中包括gsteulmann的文章“institutfnrallgemeineelektmtechnik”，steu1．mann测量了k3po、k2hpo、kh2po等粉体的介电常数。前面两种盐的值很平常，分别为7．75和9．o5，而kh2po的值却高达3o。但这些材料都不含结晶水．因而没有引起busch的重视。在经过诸多失败后

4、，他才研究kh2po的性能，并于l935年3月13日采用简易的电桥观察到超过量程的大电容。随后，busch赴柏林做低温实验，证明kh2po确实是铁电体。关于kh2p0介电常数一温度关系的第一批实验结果见图2。　　　　在理论研究方面，mnller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kh2p0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(devonshire)将其进行完善，发展为今天仍行之有效的郎道一德文希尔理论。　　1．3钙钛矿时期一铁电软模理论　　bati0铁电性的发现主要源于战争期间对电子元器件(尤其

5、是电容器)的研究。众所周知，金红石具有高介电常数(￡100)，当时有几个实验室试图将tio与其他氧化物(特别是碱土金属氧化物)共烧制备高介电常数陶瓷。有四个国家独立地发现了batio3的铁电性：　　(1)美国1941年报道了通过烧结tio2和bao制备的陶瓷具有高介电常数。经测试介电常数高达1l00。　　(2)英国1942年就发现了碱土金属钛酸盐具有高介电常数。由于战争时期保密限制使得发表时间推迟至1945年。而且在最初的出版物中并没有提及铁电性。　　(3)俄国报道了bati0，的反常介电行为。虽然研究者意识到这是铁电现象，但是他们最初猜测反常行为是由高介电介质中的介电

6、击穿引起的。不过，　　他们很快明白发现了一种新的铁电体，并找出了居里一外斯定律，测定了电滞回线。　　(4)日本也发现了bati0，的反常介电行为。日本从战前到二战期间一直进行着罗息盐的研究。batio，是第一种不含氢且不溶于水的铁电体。此后，陆续发现了其他钙钛矿铁电体，例如knb0，和kta03fmatthias，1949年)，linbo3和lita03(matthias和remeika，1949年)，pbti03(shirane、hoshima和suzuki，1950年)。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199o年，已知的铁电体约为25

7、0种。　　1958年11月在莫斯科召开的苏联第二届电介质会议上anderson提出了软模理论，而cochran则独立地进行了更详细的研究。barker和tinkham运用红外光谱以及随后的c0wlev利用非弹性中子散射进行了实验验证。截至1970年．关于铁电相变晶格动力学的主要思想已经阐明。　　1．4铁电薄膜及器件时期一小型化　　虽然二战时batio就已经用于器件中．且随后铁电材料被广泛应用于生产多种器件，但是，90年代以前并没有器件真正用到铁电材料的铁电性，而是利用铁电材料的其他性质．主要是压电性和热释电性。80年代中期薄膜制备技术取得