《铁电陶瓷》PPT课件.ppt

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1、第3章铁电陶瓷材料铁电压电陶瓷的发展历程1880年,J.Curie&P.Curie发现石英晶体的压电效应20世纪40年代初期，BaTiO3陶瓷的铁电性几乎在美国、日本和苏联被同时发现1947年S.Robert发现在BaTiO3陶瓷上加直流偏压，呈现强的压电效应1949年A.F.Devonshire将热力学唯象理论用于BaTiO3，使铁电宏观理论日趋完善1954年B．Jaffe等发现锆钛酸铅（PZT）系固溶体在多形相界附近具有良好的压电、介电性能1965年H．Ouchi在PZT中掺入PMN成功地研制出三元系压电陶瓷材料（PCM），具有比PZ

2、T更优良的性能20世纪60年代N．Cochran等提出了铁电性起源于晶格振动软模的概念1970年前后，G．H．Haertling和C.E．Land将掺La的PZT（PLZT）经过通氧热压工艺制成透明陶瓷，并发现其双折射和光散射可由外电场控制，使铁电陶瓷进入了过去由单晶独占的电光领域.1997年，国际上在弛豫型铁电单晶体的研究上取得了突破性进展，成功地生长出接近实用要求的大尺寸PMN和PZN单晶体，其电致应变达到了1.7％（［001］方向）；机电耦合系数K33高达92％一95％，压电常数d33达（1500—2500）10-12C／N，储能

3、密度达到130J／kg.1998年，张启民（Q.M.Zhang）等人用300MeV高能电子束辐照P（VDF／TrFE）铁电聚合物,将这种材料转变成了弛豫性铁电体，并观察到了高达4％的电致应变，其储能密度达到了200—400J／kg，这一现象被称为巨电致应变现象（gainteletrostriction）。DevelopmentalHistoryofFerroelectricceramics1940sBirthofferroelectricceramics(BaTiO3)1950sPZTpiezoelectricceramicsdevelo

4、pedPTCeffectinBaTiO3ceramics1960sTransparentelectro-opticPLZTceramics1970sTheengineeredferroelectriccomposites1980sPMNrelaxorceramicsFerroelectricfilmspreparedbysol-geltechniques1990sStrain-amplifiedactuators(Mooniedevices,RAINBOWactuators)Theintegratedferroelectricfilmso

5、nsiliconRelaxorsingle-crystalmaterialsPhysicaleffectApplicationsHighpermittivityCapacitors(MLCs)PolarizationreversalFerroelectricfilmmemoryPyroelectricityPyroelectricsensors/detectorsElectroopticeffectElectroopticdevicesPiezoelectricityPiezoelectric/electrostrictive

6、transducersPTCeffectPTCthermistorsTypicalferroelectricceramicsBTBariumtitanatePZTLeadzirconatetitanatePLZTLeadlanthanumzirconatetitanatePMNLeadmagnesiumniobatePTLeadtitanatePZNLeadzincniobatePZSTLeadstannatezirconatetitanatePZLeadzirconateBSTBariumstrontiumtitanate3.1铁电体

7、的基本物理特性1自发极化与铁电体感应极化：E≠0P自发极化：在某些晶体中,E＝0P，如:在钙钛矿结构中，自发极化起因于[BO6]中中心离子的位移[BO6]氧八面体ro+rTi=1.96ÅO-Ti=2.005Å自发极化的产生Ps－－自发极化强度Ps可用电滞回线仪,或通过热释电流测得一般铁电体,Ps=0.1-100×10-2C/m2BaTiO3,室温下Ps~0.26C/m2,c/a=1.011PbTiO3,室温Ps~0.75C/m2,c/a=1.06一些铁电体的自发极化强度铁电体居里温度Tc（oC）自发极化强度Ps(μC/cm2)罗息盐，

8、NaKC4H6.4H2O230.25磷酸二氢钾，KH2PO4(KDP)-1504砷酸二氢钾，KH2AsO4-1775磷酸二氘钾，KD2PO4-605.5钛酸钡，BaTiO313026钛酸铅，P