铁电材料的研究与应用

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1、铁电材料的研究与应用摘要：铁电材料主要是钛酸顿为代表的晶体材料。由于铁电材料具有良好的铁电性。压电性、热释电性及非光学特性的特点，现在成为国际高新技术的研究领域之一，正向实用化发展。下面主要介绍铁电材料的特性及钛酸顿为代表的材料的相关简介。关键字：铁电材料、钛酸锁引言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，铁电性及以光电效应,声光效应，光折变效应和非线性光学效应等重要特性，在铁电存储器红外探测器，空间光调制器，介电热辐射测量器及光学传感器等方面有重要应用。一铁电材料的特性铁电材料钛酸做的简

2、介钛酸顿晶体的介电-温度特性和居里外斯，图一为钛酸顿单畴晶体的介屯常数随温度的变化。从图中可以看出：钛酸顿晶体的介电常数很高，在居里温度Tc处峰值介电常数最高；介电常数随温度变化存在热滞现彖；介电常数随温度的变化呈现出非常明显的非线性。100W80006CKX）20000-200-160-120弋（）-40077X?图一：BaTi03单畴晶体的介电常数随温度变化<1）GMTiQj是一种钙钛矿結构铁电体。钙钛矿结夠是以CaTiOj为代表的一些ABOs化合物所呈现的黯体结构.其中的基本结构单元是BO*八固体.各个筑

3、人面体共点逹接•A位于«AKf体闾的同熬中.钦酸枫在】20弋以上属立方品系，点群m3m9在丄20P发生顺电-铁电和变，进人四方铁电*打点&4mno在-5弋发生恢电■铁电相变进人正交铁电相.点rara2,在-80P发生穷一钱电•铁电相变，琏人三角俠电相・点群3E4在立方顾电相.Ti位于氧入面体中心-在四方铁电相.Ti沿氧八面体某四色抽（品鮑立方边｝发生了偽移，自发恢化沿四更轴・在正交相.Ti沿氧八面体某二車轴（晶題面对角找〉发生了偽移.自发极化沿二重紬，在三角相*Ti沿報八面体菜三靈轴〈晶胞体对律线〉发主了偏移.

4、自发极化沿三車轴。钛酸顿在室温的晶格常量为，0=0・3993nmTc=D-403&nm.谏晶体室温科为负光性单铀品，透明波段为400~6300nm・室捉自发:觇化为0Z6C/M■lkHi：时？&c■轴和戏轴的相对介电常散分别为240和4600a谏囲体右一个恃别大的电光系数，r«=k.l=1700X10-lam/Ve囚此是重妥的电光和光折銮材•料.蚊战枫品悴的生长早期序熔剂谖，以KF为培刑，所得的是薄片状的李主晶体.后来用顶棒杆晶提拉法生长・籽晶方向一般为t<>01J或C110J,尺寸达10mmX20mm戚审大C

5、关于挟电现象，定量的橄观理论还不成熟•下面以钛酸戦为例，介绍扛自发极化的做现模型。由于BaTKh从非铁电相到铁电相的过渡总是伴阴看晶格结构的改变，品体从立方品系转变为四方晶系，晶体的对称性降低。因此人们提出了一种离子位移理论，认为自发极化主要是由晶体中某些离子偏离了平衡位置造成的。由于离子偏离了平衡位置，便得单位晶胞中岀现了电矩。电矩之间的相互作用使偏离平術位置的离子在新的位置上稳定下来，与此同时晶体结构发生了畸变。钛酸顿的结构为钙钛矿型晶体点离子位于氧八面体中认在居里温度（1201C）以上，钛酸倾属于等轴晶系

6、"=4・01A,因为。一离子半径为丄.32A，所以两个O-离子间的空隙为4.01-2XL32-1.3?人，而TD+的离子半径为0.64A，宜径为1-28A，小ilMI干1.37A，即钛酸领中氧八面体空咗大于TW离于的体积・丁目离子在氧八面体内有位移的余地，在校高温度时（大于120D,因为离子热报动能比较大/H仆不可能在偏离中心的某一个位置固定下来，因此它接近周围6个0一离子的几率是相等的，所以晶体结构仍保持较高的对称性（等轴晶系），晶胞内不会产生电矩，即自发极化为0$当溫度降低时（小于】2（TC）,TiX离子的

7、平均热振动能降低了。那些因热涨落所増成的热振动能量挣别低的⑴獰离子不足以克服TA+和离子间的电场作用，就有可能向某一个0卜离于靠近图（6・29〉•在此新的平衡位置上固定下来，发生自发位移,•TsOO•S6・29正方结构BaTiO5中，钛、氧离子位移情况并使这个-离干岀现强烈的电子位移极化.结果使晶体取着这个方向延长•晶胞发生轻徴的畸变。在TP+离子位移的方向（c抽）晶轴略有伸长，在其它方向轴）缩短，晶体从立方结构转变为四方结构'室狙下＞c=4.03A,a-*=3.99Ao结果晶胞中出现了电矩，即发生了自发极化。

8、图6・30为离子位移的图形，其数据以中结语：高性能的铁电材料是一-类具有广泛应用前景的功能材料，从目前对钛酸顿品体的研究及相关掺杂对铁电性的影响。对于高性能的铁电材料的研究和开发还处于发展阶段，研究人员对对不同铁电材料进行研究，以获取新的性能和制备工艺。铁电材料是一类具有广阔发展前景的功能材料，对其特性和性能的研究还需要我们不断地研究和探索。央的四个0-离子作为參考点得出。从这些数据可