关于铁电材料的发展历史和现状.doc

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1、关于铁电材料的发展历史和现状作者：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

2、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。1824年Brewster观察到许多矿石具有热释电性。l880年约·居里和皮·居里发现当对样品施加应力时出现电极化的现象。但是，早期发现的热释电体没有一个是铁电体。在未经处理的铁电单晶中。电畴的极

3、化方向是杂乱的，晶体的净极化为零，热释电响应和压电响应也十分微小，这就是铁电体很晚才被发现的主要原因。直到l920年，法国人Valasek发现了罗息盐(酒石酸钾钠，NaKCH4O·4H2o)特异的介电性能，才掀开了铁电体的历史。　　在铁电发展史上的重要历史事件按年代顺序列于表l中。　　　　1四个发展阶段　　关于铁电的发展历史，大体可以分为以下四个阶段。　　1．1罗息盐时期一发现铁电性　　1919年，JosephVa1asek在美国明尼苏达州大学读研究生，师从物理学家WFGSwan教授。从事宇宙射线物理理论

4、研究工作而闻名于世的Swan教授建议Valasek研究罗息盐单晶的物理性能。在接下来的两年里，Valasek测量了罗息盐的线性介电响应、非线性介电性能、压电性能、热释电现象等宏观性能。1920年4月23日在华盛顿举办的美国物理学会会议上，铁电性概念诞生了。　　Valasek在“PiezoelectricandalliedphenomenainR0chellesalt”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

5、在PhvsicalReview期刊上。它奠定了两个里程碑：(1)第一次表明罗息盐自身存在持久极化；(2)首次给出电荷与电场之间的回线(见图1)。Valasek是在介电领域使用自发极化和居里点这两个概念的第一人_71。有趣的是，他从未使用过铁电性(Ferr0electricitv)这个词。也许他并不知道。在19l2年著名的欧文·薛定谔就已经提出了这一概念。　　　　1．2KDP时期一铁电热力学理论3　　1931年比利时布鲁塞尔大学的物理化学教授JErrera发表了一篇论文，文中指出罗息盐的介电常数随外加电场频

6、率的变化呈典型的反常色散现象。其实AMNich0lson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

7、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，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(Landa

8、u)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