功能材料复习总结

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1、功能材料的定义：用于工业和技术上的有关物理性能，以电、磁、声、光、热等物理性能为特性的材料称为功能材料。1.掌握钙钛矿的晶胞结构：①A离子位于氧八面体与氧八面体的间隙，B离子位于氧八面体的中心。②形成稳定钙钛矿相结构的两个基本条件：阳离子半径要合适；阴阳离子之间要形成强离子键。容差因子t。2、掌握三种极化机制和自发极化的概念：①电子位极化、离子位移极化、固有偶极矩取向极化；②自发极化：在没有外电场作用时，晶体中存在着由于电偶极子的有序排列而产生的极化，称为自发极化。4、几个概念：①铁电体内自发极化相同的小区域称为电畴，电畴与电畴之间的交界称

2、为畴壁；②使剩余极化强度降为零的电场值Ec称为矫顽电场强度（矫顽场）；③晶体受到机械力的作用时，表面产生束缚电荷，其电荷密度大小与施加外力大小成线性关系，这种由机械效应转换成电效应的工程称为正压电效应；晶体在受到外电场激励下产生形变，且二者之间呈线性关系，这种由电效应转换为机械效应的工程称为逆压电效应；这两者合称为压电效应；④晶体在受到外电场E激励下产生形变S，但二者呈非线性关系，形变S与电场的平方E2呈线性关系，即S∝E2，这种效应称为电致伸缩效应；⑤由于温度的变化，晶体出现结构上的电荷中心相对位移，使自发极化强度发生变化，从而在两端产生

3、异号的束缚电荷，这种现象称为热释电效应；⑥晶体顺电相与铁电相的临界转变温度Tc称为居里温度。1、掌握钛酸钡的晶体结构及其变化：钛酸钡晶体结构有立方相、四方相、斜方相和三方相等晶相，均属于钙钛矿型结构的变体，四方相、斜方相和三方相为铁电相，立方相为顺电相。2、掌握弛豫铁电陶瓷与传统铁电体的区别：弛豫铁电陶瓷的特点①介电常数高②相对较低的烧结温度③电致伸缩效应大④电致应变滞后小⑤剩余极化小。3、居里—外斯定律和容温变化率的含义：①在居里温度以上，钛酸钡的介电常数岁温度的变化遵循居里—外斯定律：；②表征介电常数温度稳定性的容温变化率如下式所示：4

4、、弥散相变和频率色散的含义：①弥散相变：即顺电—铁电相变是逐渐的变化而非突变，表现为介电常数与温度的关系曲线中介电峰的宽化，高于居里温度附近仍存在自发极化和电滞回线；②频率色散：即在Tm附近低温侧介电峰壑损耗峰随测试频率的提高，而略向高温方向移动，而介电峰壑损耗峰分别随频率增加而略有降低和增加。1、掌握压电性能如压电常数、机电耦合系数、机械品质因数、频率常数的含义：①压电常数d是反映力学量（应力或应变）与电学量（电位移或电荷）间相互耦合的线性响应系数；②机电耦合系数的定义是：K2=通过逆压电效应转换所得的机械能/转换时所输入的总电能，或K2

5、=通过正压电效应转换所获得的电能/转换时所输入的总机械能；③压电陶瓷在振动时，为了克服内摩擦需要消耗能量。机械品质因数Qm是反映能量消耗大小的一个参数。Qm越大，能量消耗越小。Qm=2π*谐振时振子储存的机械能/每一谐振周期振子所存储的机械能；④对某一压电振子，其谐振频率与振子振动方向长度的乘积为一常数，即频率常数。2、掌握准同型相界的含义：四方铁电相与三方提铁电相的交界，并不是一个明确的成分分界线，而是具有一定的成分范围，在此区域内，陶瓷体内三方相和四方相共存。3、掌握硬性取代和软性取代的特征：①所谓“软性取代改性”是指加入这些添加物后能

6、使矫顽场强Ec减小，极化容易，因而在电场或应力作用下，材料的性质变软。经软性取代后的PZT陶瓷性能有如下变化：矫顽场强Ec减小，机械品质因数Qm减小，介电常数ε增加，介电损耗tanδ增加，机电耦合系数Kp增加，抗老化性能增加，绝缘电阻率ρ增加；（低价取代）②所谓“硬性取代改性”是指加入这些添加物后能使矫顽场强Ec增加，极化变难，因而在电场或应力作用下，材料的性质变硬。经硬性取代后的PZT陶瓷性能有如下变化：矫顽场强Ec增加，机械品质因数Qm增加，介电常数ε减小，介电损耗tanδ减小，机电耦合系数Kp减小，抗老化性能减小，绝缘电阻率ρ减小。（

7、高价取代）5、掌握压电变压器的工作原理：利用其特有的正、逆压电效应，通过电能—机械能—电能的机电能量的二次转换，依靠体内阻抗变换而实现谐振频率上的最高压输出。整个变压器可以分为两部分，左半部分为输入端驱动部分，上下两面有烧渗的电极，沿厚度方向极化；右半部分为输出端发电部分，最右段有烧渗的电极，沿长度方向极化。当交变电压加到压电变压器的输入端时，通过逆压电效应，压电变压器产生沿长度方向的伸缩振动，输入的电能转换为机械能；而发电部分通过正压电效应，机械能转换为电能，产生电压输出。由于压电变压器的长度大于厚度，故输入端为低阻抗，输出端为高阻抗，因

8、而可输出高压。1、掌握PTC和NTC的含义：①电阻值随温度升高而增加的称为正温度系数（PTC）热敏电阻；②电阻值随温度升高而减小的称为负温度系数（NTC）热敏电阻。2、掌握标准阻