《铁电体及其相变》PPT课件.ppt

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1、第四章电介质物理§3铁电体的晶体结构及分类§4铁电相变的热力学理论§5几种典型的铁电有序相§1电介质的介电极化机制§2电介质的介电驰豫补充：电介质材料的应用1.高储能密度介电材料介电常数、损耗、电导和击穿电介质材料的主要参数：参考：铅蓄电池单位重量储存的能量为~32W·h/kg例：反铁电体锆钛酸铅（PZT)优点：耐高压、耐高温、高储能密度等储能密度：2.多层膜电容器高容量存储介电常数损耗例：片式多层陶瓷电容器(MLCC)—Multi-layercramicscapacitors半导体器件大电容、电感难以集成？主要应用于CDMA、无绳电话、蓝牙、GPS中低功耗器件。NiBaT

2、iO3多层膜电容的分类：(I)温度补偿型(Ⅱ)温度稳定型如：X7R、X9R在温度范围-55oC到125oC之间，损耗在±15％变化范围宽温区、低损耗、高介电、高温度稳定性应用指标：代表材料：J.Electroceram(2010)25:93改性BaTiO33.微波介质陶瓷应用领域：无线通信中的带通滤波器、频率振荡器、移相器等（特别是在UHF（UltraHighFrequency）频段的应用）评价微波介质陶瓷的性能指标：——介电常数——损耗因子——频率温度稳定系数测试：矢量网络分析仪第四章铁电体§4.1铁电体的晶体结构及分类§4.3铁电相变的热力学理论§4.4铁电体的电畴和极

3、化反转§4.2几种典型的铁电有序相铁电体的极化强度与外电场之间呈现非线性关系，极化强度随外电场反向而反向。1.电滞回线行为电滞回线POAECGDFB§10.1铁电体的晶体结构和分类一、铁电体的一般性质具有自发极化且自发极化能随外电场转向和变化，这类晶体为铁电体。自发极化起因于晶体非中心对称引起正负电荷中心的不重合。在晶体32种点群中，纯旋转操作5个（1，2，3，4，6），旋转+镜面反映5个(m，2mm，3m，4mm，6mm)3.存在铁电—顺电相变自发极化只存在于一个温度范围，超过某一温度自发极化消失，晶体结构发生变化，发生铁电体到顺电体的相变。自发极化为零的温度称相变温度。

4、自发极化为序参量，选择与极化相关的特征函数2.铁电晶体结构属极性点群哪类晶系中可能存在铁电晶体？有10个极性点群，只有属于这些点群的晶体才具有自发极化，这些点群是：PεT04.铁电极化相关的耦合效应压电效应——极化和应力的耦合极性电介质在一定方向上施加压应力时，内部产生极化现象，两端表面上会出现束缚电荷；外力撤消后，恢复不带电状态，称正压电效应。居里-外斯温度处于顺电态时，满足居里-外斯定律:热释电效应由于温度的变化,自发极化强度发生变化,铁电体两端产生异号的束缚电荷,这种现象称为热释电效应。外加电场造成极性电介质发生形变，称逆压电效应(或电致伸缩效应)Pε磁电耦合效应磁场

5、应力应力电荷乘积效应正效应：磁场导致电极化的改变磁致伸缩效应压电效应热释电系数热释电系数：磁场诱导晶体结构转变Appl.Phys.Lett,92,112905(2008)0T铁电铁磁复合系统应用举例：铁电存储器原理：两种极化状态优点：抗电磁干扰非易失性结构相变低功耗速度快Newman原理下的复合材料设计1921年铁电存储技术提出1993年美国Ramtron国际公司成功制备出4Kb的铁电存储器2008年美国Ramtron国际公司成功制备出1Mb的铁电存储器集成铁电学微电子机械系统（MEMS）铁电存储器（FeRAM）声表面波滤波器（SAW）压电效应应用ZnO纳米发电机2008

6、年《自然》杂志报道，美国王中林小组研制出新型ZnO纳米纤维的纳米发电机。利用压电纤维能用来织成布料，布料可用于制造利用人体运动来发电的衣服、鞋等。Piezoelectronics“压电效应”让人穿着衣服走路都能发电！压电纤维织成布料，可用于制造衣服,鞋子理想状况下人的十步能使两盏60瓦的灯泡亮一秒钟1英尺乘1英尺的压电陶瓷板有人踩过一块板，可以产生5.5瓦的电能麻省理工学院(MIT)的AmandaParkes设计压电地板走路过程可以供应Mp3的电量铁电相变为结构相变，与晶体结构密切相关。晶体结构是认识铁电性的基础。1.钙钛矿型铁电体二、铁电体的晶体结构和分类最多的一类铁电体

7、，通式：ABO3(例：CaTiO3)AB+O-氧离子形成氧八面体，整个晶体可看成氧八面体共顶点联接而成。氧八面体间的间隙由A离子占据。晶体结构：正八面体有4个三重轴，3个四重轴和6个二重轴，B位离子中心位移通常沿这三个方向之一。自发极化起因：B位离子中心位移八面体中心的运动。钙钛矿铁电体的例子：BaTiO3，PbTiO3，PbTi1-xZrxTiO3层状钙钛矿铁电体的例子：Bi4Ti3O12四重轴三重轴二重轴c轴方向产生自发极化相变：BaTiO3是最早发现的一种钙钛矿铁电体顺电相铁电相铁电相120oC5oC铁电相-