铁电材料应用于进展

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1、铁电体的研究进展反铁电体的研究进展铁电体的性质铁电体铁电性压电性介电性铁电体的效应铁电体光电效应声电效应热释电效应光折变效应光电效应：物质由于吸收光子而产生电的现象。声电效应：通过在半导体中传播的声波的作用而产生电动势的一种现象。热释电效应：由于温度的变化引起极化状态改变的现象。光折变效应：在光场的作用下使材料中的折射率发生了可逆的变化的现象。铁电体各种性质的应用铁电性:铁电场效应晶体管FFET介电性:大容量电容可调谐微波器件压电性:压电传感器换能器马达电光效应:光开关光波导光显示器件声光效应:声光偏转器光折

2、变效应:光调制器件光信息存储器件热释电效应:非致冷红外焦平面阵列铁电体的研究进展第一性原理的计算现代能带结构方法和高速计算机的反展使得对铁电性起因的研究变为可能。通过第一性原理的计算，对BaTiO3、PbTiO3、KNbO3和LiTaO3等铁电体，得出了电子密度分布，软模位移和自发极化等重要结果，对阐明铁电性的微观机制有重要作用。尺寸效应的研究随着铁电薄膜和铁电超微粉的发展，铁电尺寸效应成为一个迫切需要研究的实际问题。近年来，人们从理论上预言了自发极化、相变温度和介电极化率等随尺寸变化的规律，并计算了典型铁电体的铁电

3、临界尺寸。这些结果不但对集成铁电器件和精细复合材料的设计有指导作用，而且是铁电理论在有限尺寸条件下的发展。铁电液晶和铁电聚合物的基础和应用研究1975年MEYER发现，由手性分子组成的倾斜的层状c相液晶具有铁电性。在性能方面，铁电液晶在电光显示和非线性光学方面很有吸引力。电光显示基于极化反转，其响应速度比普通丝状液晶快几个数量级。非线性光学方面，其二次谐波发生效率已不低于常用的无机非线性光学晶体。聚合物的铁电性在70年代末期得到确证。虽然PVDF的热电性和压电性早已被发现，但直到70年代末才得到论证，并且人们发现了一些

4、新的铁电聚合物。聚合物组分繁多，结构多样化，预期从中可发掘出更多的铁电体，从而扩展铁电体物理学的研究领域，并开发新的应用。集成铁电体的研究铁电薄膜与半导体的集成称为集成铁电体，近年来广泛开展了此类材料的研究。铁电存贮器的基本形式是铁电随机存取存贮器。早期以为主要研究对象，直至年实现了的商业化。与五六十年代相比，当前的材料和技术解决了几个重要问题。一是采用薄膜，极化反转电压易于降低，可以和标准的硅或电路集成；二是在提高电滞回线矩形度的同时，在电路设计上采取措施，防止误写误读；三是疲劳特性大有改善，已制出反转次数达5*10

5、12次仍不显示任何疲劳的铁电薄膜。在存贮器上的重大应用己逐渐在铁电薄膜上实现。与此同时，铁电薄膜的应用也不局限于铁电随机存贮器，还有铁电场效应晶体管、铁电动态随机存取存贮器等。除存贮器外，集成铁电体还可用于红外探测与成像器件，超声与声表面波器件以及光电子器件等。反铁电体的研究方向反铁电体的应用贮能应用利用反铁电-铁电相变时的D-E的非线性关系（双电滞回线），做贮能电容器和电压调节元件。换能应用利用反铁电-铁电相变的体积效应，做换能器。贮能应用利用反铁电材料的极化强度-电场的双电滞回线特性，可以制作一种新型的电压调节器件

6、。把这种器件与电路中的负载并联，可以使负载两端电压稳定在一个相当狭窄的范围之内。这种器件适于在高压下使用，尺寸小，重量轻，不需附加别的装置，能用于交流、直流和脉冲功率源。换能应用传统的压电体的能量转换是线性的，而且是可逆的。但是，由于介电损耗及机械损耗的原因，它只能在低负荷循环下工作，而可转换的能量密度约为0.05焦耳/厘米3。利用电场强迫反铁电相变，转变为铁电体，使它放出机械能；或者施加压应力强迫铁电体转变为反铁电体，使放出电能。这种方法产生的机电能量转换的能量密度可超过1焦耳/厘米3。强迫相转变换能实际是使铁电陶瓷

7、内部大量的电畴发生再取向，因而有更大的能量密度。但这时全部或大部分极化状态受到破坏，能量转换过程是非线性的。由于伴随着有电滞回线现象，因而重复率及负荷循环必须低。施加偏压可以使相转变成为可逆的。换能应用从反铁电到铁电的相变可以由于温度变化、提高电场或改变压力形式而发生。材料在相变过程中会发生体积变化。从立方顺电相或反铁电相向铁电相转变，都伴随着体积的增加。这样，利用电场强迫反铁电到铁电的相变，就会因晶胞几何体积的变化把电能转换为机械能。反铁电陶瓷目前的研究目前实际应用的反铁电材料主要是改性的PbZrO3陶瓷。对PbZr

8、O3进行改性掺杂，会使它的反铁电-铁电相变点降低，甚至可以降到室温以下；或者一个极化电场，使它变成亚稳的铁电相。反铁电换能器存在的问题反铁电换能器的相变滞后要消耗很大能量，损耗较大，目前效率最高只能达到40%左右（压电换能器可达90%）；使用反铁电换能器必须外加一个很高的直流偏压（相当于相变电场）；由于内耗大，工作中发热大，不大可