《强介铁电陶瓷》PPT课件

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1、§4-1概述§4-2陶瓷的铁电性与铁电陶瓷§4-3强介铁电瓷的改性机理§4-4铁电陶瓷的老化与疲劳现象§4-5铁电陶瓷材料确定原则第四章强介铁电陶瓷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§4-1概述感应式极化电子位移极化离子位移极化转向极化空间电荷极化依赖于外加电场自发极化：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直线性关系非线性关系Spontaneouspolarization§4-1概述PE铁电体(ferroelectric

2、)：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。§4-1概述铁电体的电滞回线OA：电场弱，P与E呈线性关系AB：P迅速增大，电畴反转Bpoint：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§4-1概述PrEc电畴（domain）：在铁电体中，固

3、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（domainwall）：畴的间界。铁电相变：铁电相与顺电相之间的转变。当温度超过某一值时，自发极化消失，铁电体变为顺电体。居里温度（CurietemperatureorCuriepoint）：铁电相变的温度。§4-1概述电畴的观测：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§4-1概述180°畴90°畴§4-1概述纳米薄膜中的电畴的AFM照片§4-1概述铁电芯晶粒顺电壳晶粒壳－芯晶粒陶瓷晶粒电畴的TEM照片均匀极

4、化（单畴）的状态是不稳定的。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。因而不加电场时，整个晶体总电矩为零，此时为最稳定状态。180°电畴90°电畴§4-1概述§4-2介绍物质的铁电性是在罗息盐（酒石酸钠钾，NaKC4H4O6.4H2Ｏ）中首次发现的。铁电性仅存在于-18~+24℃之间，有两个居里点。铁电体的分类：（1）按结晶化学（2）按力学性质（3）按相转变的微观机构（4）按极化轴多少§4-1概述(1)按结晶化学分类

5、：A、含氧八面体的铁电体：a.钙钛矿型：BaTiO3b.钛铁矿型：LiTaO3c.钨青铜型：BaxSr5-xNb10O30B、含氢键的铁电晶体：a.酒石酸钾钠型：NaKC4O6.4H2O(RS)b.磷酸二氢钾型：KH2PO4(KDP)c.硫胺型：（NH4）2SO4(TGS)§4-1概述(2)按力学性质分为：A、软铁电体（水溶性铁电体）——熔点和分解温度低，在水溶液中生长，如KDP。B、硬铁电体——熔点和分解温度高，机械强度高。一般都是在高温熔体或熔盐中生长，以氧八面体为基本单元，并且氧离子间隙中填有高价阳离子如BaT

6、iO3，KNbO3，NaNbO3。§4-1概述(3)按相转变的微观机构分为：A、位移型铁电体——同一类离子的亚点阵相对于另一亚点阵的整体位移相联系，如BaTiO3、LiNbO3等含氧八面体结构的双氧化物。B、有序－无序型铁电体——同离子个体的有序化相联系，如含氢键的晶体。§4-1概述铁电陶瓷：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

7、为基本成分，具有钙钛矿结构的多种固溶体。§4-1概述铁电陶瓷的介电系数与外施电场的强度具有非线性的关系。一般电容用铁电陶瓷，都尽量降低这种非线性。但制作压敏电容器时，却要求电容量能随外施电场灵敏地变化。§4-1概述铁电陶瓷的应用介电特性：电容器压电性：如超声换能器热释电特性：如红外探测器压电体热释电体铁电体本章着重介绍低频电容器介质用的铁电陶瓷。§4-1概述§4-2-1BaTiO3的结构与自发极化§4-2-2BaTiO3的介电性能§4-2陶瓷的铁电性与铁电陶瓷§4-2-1BaTiO3的结构与自发极化(1)结构(2)B

8、aTiO3的相变(3)自发极化产生的原因(4)电畴结构及其运动方式§4-2陶瓷的铁电性与铁电陶瓷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§4-2陶瓷的铁电性与铁电陶瓷(2)BaTiO3的相变立方→四方→正交→三角T>120℃120℃>T>5℃5℃>T>-90℃T<-90℃Tc§4-2