6.2.铁电陶瓷+

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1、铁电性的基本概念铁电陶瓷铁电瓷的改性机理铁电瓷的老化与疲劳现象铁电陶瓷材料确定原则6.2铁电材料重点掌握的几个概念：自发极化剩余极化矫顽场铁电体电滞回线电畴铁电陶瓷极板上的电荷密度：静态介电系数：电介质的极化后：ε：反映了极板间电介质性质C：极板电容6.2.1基本概念电介质VQQ’电偶极子：由大小相等、符号相反、彼此相距为l的两点电荷(+q、-q)所组成的束缚系统，称为偶极子，l+q-q电偶极矩：表示微观上质点在外电场的极化情况。极化率：表示单位电场作用下的电偶极矩。Eloc：作用在粒子上的有效电场

2、，包括外加宏观电场，周围极化质点对其作用的微观电场。a:表征材料的极化能力，只与材料的性质有关。极化强度：单位体积内的电偶极矩矢量总和称为极化强度，用P表示。表明电解质材料在电场作用下的极化程度感应式极化电子位移极化离子位移极化PE电介质的极化强度与施加电场呈正比：P=o（r-1）Ee=oE——直线性关系自发极化：无外电场作用时，晶体的正负电荷中心不重合而呈现电偶极矩的现象不依赖于外加电场，且外加电场能使极化反转——非线性关系••••••••°°•°BAO铁电体(ferroel

3、ectric)：具有自发极化，且自发极化方向能随外场改变的晶体。它们最显著的特征，或者说宏观的表现就是具有电滞回线。电滞回线(hysteresiscurve)：铁电体在铁电态下极化对电场关系的典型回线。无外加电场时：电畴在晶体中分布杂乱无章，使整个晶体表现为电中性，宏观上无极性。电畴：在铁电体中，固有电偶极矩在一定的子区域内取向相同的这些区域就称为电畴或畴。畴壁：畴的间界。外电场作用时：沿电场方向极化畴长大，逆电场方向的畴消失，其它方向分布的电畴转到电场方向，极化强度随外加电场的增加而增加，一直到整

4、个结晶体成为一个单一的极化畴为止。如再继续增加电场只有电子与离子的极化效应，和一般电介质一样。无外加电场有外加电场电畴：在铁电体中，固有电偶极矩在一定的子区域内取向相同的这些区域就称为电畴或畴。畴壁：畴的间界。无外加电场有外加电场铁电体的电滞回线OA：电场弱，P与E呈线性关系AB：P迅速增大，电畴反转B：极化饱和，单畴BC：感应极化增加，总极化增大CBD：电场减小，极化减小OD：电场为零，剩余极化PrOE：自发极化PsOF：矫顽场Ec电滞回线的形成与电畴的反转有关P总＝P感＋Ps电介质的极化强度与施

5、加电场呈正比：P=oeE电畴的观测：电子显微镜TEM原子力显微镜AFM液晶法化学腐蚀法粉末沉淀法X射线形貌术光的双折射180°畴90°畴纳米薄膜中的电畴的AFM照片铁电芯晶粒顺电壳晶粒壳－芯晶粒陶瓷晶粒电畴的TEM照片铁电体晶体中存在多个电畴由能量最低原理，相邻电畴内的偶极矩排列成90°或180°夹角，即电畴的排列方式分为180度电畴（反平行）和90度电畴。铁电陶瓷：在一定温度范围内具有自发极化，且自发极化能为外电场所转向的陶瓷称为铁电陶瓷。由于其介电系数高达103~104，故又称为强介瓷。其介

6、电损耗偏大，tgδ约为10-2~10-3，适于制作小体积，大容量的低频电容器。主要是以BaTiO3为基本成分，具有钙钛矿结构的多种固溶体。铁电体热释电体压电体介电体一、BaTiO3的结构与自发极化二、BaTiO3的介电性能6.2.2陶瓷的铁电性与铁电陶瓷一、BaTiO3的结构与自发极化(1)结构(2)BaTiO3的相变(3)自发极化产生的原因(4)电畴结构及其运动方式BaTiO3为钙钛矿结构，由Ba2+离子与O2-离子一起立方堆积，Ti4+处于氧八面体体心。(1)结构(2)BaTiO3的相变立方四方

7、正交三角立方四方正交三角BaTiO3的介电常数与温度的关系Ti4+－O2-间距大（2.005A），故氧八面体间隙大，Ti4+离子能在氧八面体中振动。T>120℃，Ti4+处在各方几率相同（稳定地偏向某一个氧离子的几率为零），对称性高，顺电相。T<120℃，Ti4+由于热涨落，偏离一方，形成偶极矩，按氧八面体三维方向相互传递，耦合，形成自发极化的小区域，即电畴。(3)自发极化产生的原因BaTiO3的自发极化起因在于钛离子的位移BaTiO3单晶的Ps与温度的关系T1T2TcA：90°畴壁（6~10nm）

8、B：180°畴壁（0.4nm）E≠0A4A3A1A2B1B2E＝0(4)电畴结构及其运动方式四方BaTiO3中的180°与90°畴壁在外电场的推动下，电畴会随外电场方向转向运动。当外加电场足够强，电畴将尽可能地统一到外电场一致的方向。180°畴不产生应力（因自发极化反平行，晶体的形变是同一维）。90°畴使晶体内部出现应力。二、BaTiO3的介电性能(1)介电常数ε与温度T的关系BaTiO3单晶（单畴）的ε与T的关系（按四方晶系的a轴和c轴测量）在－80,0,120℃出