特种陶瓷七功能陶瓷1全解演示教学.ppt

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1、特种陶瓷七功能陶瓷12015全解正压电效应：在极性晶体上施加压力、张力、切向力时，则发生与应力成比例的介质极化，同时在晶体两端将产生等量异号电荷。由形变产生电极化。P=d(不具有对称中心的晶体)(水晶、罗息盐、闪锌矿).力(/形变S)产生电荷E(/极化P)逆压电效应：在极性晶体上施加电场引起极化，则将产生与电场强度成比例的变形或机械应力。S=dtE.电场E(/极化P)产生力(/形变S)电致伸缩效应：电介质在大外力/场作用下，需考虑非线性.S=vE2热释电效应：在热平衡条件下，电介质因自发极化要产生

2、表面束缚电荷，这种电荷被来自空气中附集于电介质表面上的自由电荷所补偿，其电不能显现出来。当温度发生变化，由温度变化引起电介质的极化状态的改变不能及时被来自电介质表面上的自由电荷所补偿，使电介质对外显电性。Ps=pT（具有自发极化的晶体）铁电性：在一定温度范围内具有自发极化，在外电场作用下，自发极化能重新取向，电位移矢量与电场强度间的关系呈电滞回线特征。（具有自发极化的晶体）+++---1.2自发极化+++------++++-±未加应力加应力不产生极化加应力产生极化，正负电荷中心分开(1)不具有自发

3、极化特性，但为不对称中心结构，在外力的作用下，产生极化。++----++未加应力加应力正负电荷中心不分开，不产生极化结构含有正负离子(2)含有对称中心的结构-±(3)无对称中心，且本身具有自发极化特性的结构--+++---++--++++++--++++极化轴C-++--+纤锌矿(ZnS)结构在（010）上投影表示晶体极性链的两种方法例1：具有极性轴或结构本身具有自发极化的结构-+-+固有偶极子正电荷层与负电荷层交替排列-+-+-+-+例2：由热运动引起的自发极化铁电体的位移性理论：自发极化主要是由晶体

4、中某些离子偏离了平衡位置，使单位晶胞中出现了偶极矩，偶极矩之间的相互作用使偏离平衡位置的离子在新的位置上稳定下来，同时晶体结构发生了畸变。钛酸钡的结构：钙钛矿型结构••••••••°°等轴晶系（大于120oC）：晶胞常数：a=4.01A氧离子的半径：1.32A钛离子的半径：0.64A钛离子处于氧八面体中，两个氧离子间的空隙为：4.01－2×1.32=1.37A钛离子的直径：2×0.64=1.28A结果：氧八面体空腔体积大于钛离子体积，给钛离子位移的余地。较高温度时，热振动能比较大，钛离子难于在

5、偏离中心的某一个位置上固定下来，接近六个氧离子的几率相等，晶体保持高的对称性，自发极化为零。温度降低，钛离子平均热振动能降低，因热涨落，热振动能特别低的离子占很大比例，其能量不足以克服氧离子电场作用，有可能向某一个氧离子靠近，在新平衡位置上固定下来，并使这一氧离子出现强烈极化，发生自发极化，使晶体顺着这个方向延长，晶胞发生轻微畸变，由立方变为四方晶体。••••••••°°钛、氧离子的位移固有偶极子自发极化：这种极化状态并非由外电场引起，而是由晶体的内部结构引起。在这类晶体中，每一个晶胞内存在有

6、固有电矩，通常将这类晶体称为极性晶体。一般介电极化，是介质在外电场作用下引起，没有外电场，这些介质的极化强度为0。电畴的形成：许多固有电偶极矩产生自发平行排列形成一个畴。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。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。由极化轴引起自发极化的晶体，这种晶体的

7、内部电场很强，外电场的作用并不能改变晶体的极化强度，也不能改变其方向，所有质点的偶极矩都平行，大部分是一个电畴，这样的热释电体大部分为一个电畴。由热运动引起的自发极化的晶体，产生多畴，有居里点和电滞回线等特性，这类晶体具有热释电性和铁电性。两种极性（自发极化）晶体的比较：介电晶类（32种）不具有对称中心的晶类（21种）其中压电晶类（20种）极性晶类（热释电晶类）（10种）1，2，3，4，6，m，mm2.4mm,3m,6mm非极性晶类（11种）222,-4,-6,23,423(不具有压电性）,-43m,4

8、22,-42m,32,622,-6m2具有对称中心的晶类（11种）-1,2/m,4/m,-3,6/m,m3,mmm,4/mmm,6/mmm,m3m,-3m具有压电性材料不一定铁电体例如：具有压电性材料又有铁电性的材料BaTiO3、Pb(Zr、Ti)O3、Pb(Co1/3Nb2/3)O3、Pb(Mn½Sb½)O3、Pb(Sb½Nb½)O3。----石英、纤维锌矿（ZnS)仅有铁电性。电介质的极化强度与施加电场呈正比：P=oeE铁电材料的