BaTiO3_鐵電體陶瓷

1、緒緒 論論 現(xiàn)代陶瓷分為結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷兩大現(xiàn)代陶瓷分為結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷兩大類，是航天、新能源、新材料、微電子、類，是航天、新能源、新材料、微電子、激光、海洋工程和生物工程等高新技術(shù)的激光、海洋工程和生物工程等高新技術(shù)的重要組成部分和不可缺少的物質(zhì)基礎(chǔ)，也重要組成部分和不可缺少的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是當(dāng)前高技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的熱點(diǎn)之一。是當(dāng)前高技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的熱點(diǎn)之一。 功能陶瓷是利用其特有的功能陶瓷是利用其特有的電、磁、聲、光、熱、彈等電、磁、聲、光、熱、彈等直接效應(yīng)及其耦合效應(yīng)所提直接效應(yīng)及其耦合效應(yīng)所提供的一種或多種性質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)供的一種或多種性質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)特定的使用功能。特定的使用功能。 電子陶瓷的主要化學(xué)結(jié)合力

2、：電子陶瓷的主要化學(xué)結(jié)合力： 離子鍵及共價(jià)鍵離子鍵及共價(jià)鍵化學(xué)組成主要有：化學(xué)組成主要有： 碳、氧化物、氮化物、碳化物以及硼碳、氧化物、氮化物、碳化物以及硼化物等化物等電子陶瓷電子陶瓷無(wú)機(jī)多晶體無(wú)機(jī)多晶體n微觀結(jié)構(gòu)上，陶瓷是介乎單微觀結(jié)構(gòu)上，陶瓷是介乎單晶與玻璃之間的一類物質(zhì)晶與玻璃之間的一類物質(zhì) 電子陶瓷晶相的晶體結(jié)構(gòu)：電子陶瓷晶相的晶體結(jié)構(gòu)：?jiǎn)钨|(zhì)材料主要有石墨和金剛石結(jié)構(gòu)；單質(zhì)材料主要有石墨和金剛石結(jié)構(gòu)；ABAB型化合物主要有型化合物主要有NaClNaCl（巖鹽）型結(jié)構(gòu)、立方巖鹽）型結(jié)構(gòu)、立方ZnSZnS（閃鋅閃鋅礦）型結(jié)構(gòu)、六方礦）型結(jié)構(gòu)、六方ZnSZnS（纖維鋅礦）型結(jié)構(gòu)等；纖維鋅礦）

3、型結(jié)構(gòu)等；ABAB2 2型化合物主要有型化合物主要有CaFCaF2 2（螢石）型結(jié)構(gòu)、螢石）型結(jié)構(gòu)、TiOTiO2 2（金紅石）金紅石）型結(jié)構(gòu)等；型結(jié)構(gòu)等；A A2 2B B3 3型化合物則以型化合物則以-Al-Al2 2O O3 3（剛玉）型結(jié)構(gòu)為代表；剛玉）型結(jié)構(gòu)為代表；ABOABO3 3型化合物主要有型化合物主要有CaTiOCaTiO3 3（鈣鈦礦）型結(jié)構(gòu)鈣鈦礦）型結(jié)構(gòu)、FeTiOFeTiO3 3（鈦鐵礦）型結(jié)構(gòu)及鈦鐵礦）型結(jié)構(gòu)及CaCOCaCO3 3（方解石）型結(jié)構(gòu)；方解石）型結(jié)構(gòu)；ABAB2 2O O4 4型化合物最重要的結(jié)構(gòu)是尖晶石結(jié)構(gòu)，典型材料包型化合物最重要的結(jié)構(gòu)是尖晶石結(jié)構(gòu)，

4、典型材料包括括MgAlMgAl2 2O O4 4、MnFeMnFe2 2O O4 4、ZnFeZnFe2 2O O4 4等。等。 結(jié)構(gòu)與分類結(jié)構(gòu)與分類從使用功能分類，電子陶瓷的主要種類包從使用功能分類，電子陶瓷的主要種類包括絕緣陶瓷、介質(zhì)陶瓷、微波陶瓷、鐵電括絕緣陶瓷、介質(zhì)陶瓷、微波陶瓷、鐵電與壓電陶瓷、熱釋電陶瓷、電光陶瓷、電與壓電陶瓷、熱釋電陶瓷、電光陶瓷、電致伸縮陶瓷、敏感陶瓷、高導(dǎo)熱陶瓷、導(dǎo)致伸縮陶瓷、敏感陶瓷、高導(dǎo)熱陶瓷、導(dǎo)電陶瓷、超導(dǎo)陶瓷等。電陶瓷、超導(dǎo)陶瓷等。 制備工藝制備工藝 電子陶瓷塊體材料的常規(guī)制作工藝主要包括制粉、電子陶瓷塊體材料的常規(guī)制作工藝主要包括制粉、成型、燒結(jié)工藝

5、。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求，還可以采用熱成型、燒結(jié)工藝。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求，還可以采用熱壓燒結(jié)工藝或填充燒結(jié)工藝制備無(wú)氣孔的透明陶瓷或壓燒結(jié)工藝或填充燒結(jié)工藝制備無(wú)氣孔的透明陶瓷或氣孔率很高的多孔陶瓷。新近發(fā)展起來(lái)的電子陶瓷薄氣孔率很高的多孔陶瓷。新近發(fā)展起來(lái)的電子陶瓷薄膜材料的制備工藝主要有射頻磁控濺射、溶膠膜材料的制備工藝主要有射頻磁控濺射、溶膠- -凝膠法，凝膠法，脈沖激光沉積、金屬氧化物氣相沉積等工藝。脈沖激光沉積、金屬氧化物氣相沉積等工藝。 電子陶瓷特殊效能的開發(fā)主要來(lái)源于對(duì)復(fù)雜多元氧電子陶瓷特殊效能的開發(fā)主要來(lái)源于對(duì)復(fù)雜多元氧化物的化學(xué)組成、物相結(jié)構(gòu)、工藝、性能和使用效應(yīng)化物的化學(xué)組成、物相

6、結(jié)構(gòu)、工藝、性能和使用效應(yīng)之間相互關(guān)系的系統(tǒng)研究，其性能的調(diào)節(jié)和優(yōu)化可借之間相互關(guān)系的系統(tǒng)研究，其性能的調(diào)節(jié)和優(yōu)化可借助離子置換、摻雜改性及工藝控制手段來(lái)實(shí)現(xiàn)。助離子置換、摻雜改性及工藝控制手段來(lái)實(shí)現(xiàn)。近年來(lái)取得重要進(jìn)展的技術(shù)領(lǐng)域：近年來(lái)取得重要進(jìn)展的技術(shù)領(lǐng)域：高純超微粉體技術(shù)高純超微粉體技術(shù)致密化成型及燒結(jié)技術(shù)致密化成型及燒結(jié)技術(shù)陶瓷薄膜制備技術(shù)陶瓷薄膜制備技術(shù)材料分析及測(cè)試技術(shù)材料分析及測(cè)試技術(shù)對(duì)材料制備工藝的反應(yīng)過程、表面與界對(duì)材料制備工藝的反應(yīng)過程、表面與界面的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、顯微結(jié)構(gòu)的形成與變面的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、顯微結(jié)構(gòu)的形成與變化以及這些因素對(duì)陶瓷性能的影響有了化以及這些因素對(duì)陶瓷性能的影

7、響有了更深入的了解。更深入的了解。 開拓了新的材料研究領(lǐng)域：開拓了新的材料研究領(lǐng)域：l電子陶瓷薄膜電子陶瓷薄膜l超晶格材料超晶格材料l復(fù)合材料復(fù)合材料l納米陶瓷材料納米陶瓷材料l機(jī)敏材料及智能材料等機(jī)敏材料及智能材料等電子陶瓷材料的研究開始從經(jīng)驗(yàn)式的探索，逐電子陶瓷材料的研究開始從經(jīng)驗(yàn)式的探索，逐步走向按所需性能進(jìn)行材料設(shè)計(jì)，對(duì)電子陶瓷步走向按所需性能進(jìn)行材料設(shè)計(jì)，對(duì)電子陶瓷性能的開發(fā)和應(yīng)用起到了很大的促進(jìn)作用。性能的開發(fā)和應(yīng)用起到了很大的促進(jìn)作用。一般而言，由一般而言，由主晶相性質(zhì)決定的陶瓷特性主晶相性質(zhì)決定的陶瓷特性主要主要有介電性、鐵電性、電子導(dǎo)電性、離子導(dǎo)電性、有介電性、鐵電性、電子導(dǎo)

8、電性、離子導(dǎo)電性、超導(dǎo)電性、熱導(dǎo)性、光導(dǎo)性、電致變色性、電致超導(dǎo)電性、熱導(dǎo)性、光導(dǎo)性、電致變色性、電致伸縮性等；經(jīng)極化處理的鐵電陶瓷可具有壓電性、伸縮性等；經(jīng)極化處理的鐵電陶瓷可具有壓電性、熱釋電性、電光特性等；電子陶瓷的溫度、氣氛、熱釋電性、電光特性等；電子陶瓷的溫度、氣氛、濕度、電壓等敏感特性除與陶瓷主晶相組成相關(guān)濕度、電壓等敏感特性除與陶瓷主晶相組成相關(guān)外，還受到晶界結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的很大影響。外，還受到晶界結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的很大影響。 典型材料與應(yīng)用典型材料與應(yīng)用電子陶瓷的典型材料及應(yīng)用示例電子陶瓷的典型材料及應(yīng)用示例 種種 類類典型材料及形態(tài)典型材料及形態(tài)重要應(yīng)用示例重要應(yīng)用示例絕緣陶瓷絕緣陶瓷

9、AlAl2 2O O3 3、AlNAlN、BeO(BeO(薄片、薄片、膜狀多層、條狀或異形體膜狀多層、條狀或異形體) )集成電路集成電路( (IC)IC)襯底、微波大襯底、微波大功率器件散熱支撐件、多芯功率器件散熱支撐件、多芯片組裝片組裝( (MCM)MCM)用基板及封裝用基板及封裝介質(zhì)陶瓷介質(zhì)陶瓷BaTiOBaTiO3 3、(MgCa)TiO(MgCa)TiO3 3、 ( (薄片、膜狀多層薄片、膜狀多層) )高比容電容器、射頻高功率高比容電容器、射頻高功率電容器、抗電磁干擾濾波器電容器、抗電磁干擾濾波器微波陶瓷微波陶瓷Ba(MgBa(Mg1/31/3TaTa2/32/3)O)O3 3、BaO

10、-BaO-TiOTiO2 2-Nd-Nd2 2O O3 3（薄片）薄片）微波、毫米波介質(zhì)諧振器微波、毫米波介質(zhì)諧振器( (DRO)DRO)、微波電路基片、介微波電路基片、介質(zhì)波導(dǎo)及微波天線質(zhì)波導(dǎo)及微波天線鐵電陶瓷鐵電陶瓷P b ( Z rP b ( Z rx xT iT i1 - x1 - x) O) O3 3、PbTiOPbTiO3 3( (經(jīng)極化的燒結(jié)體經(jīng)極化的燒結(jié)體或薄膜或薄膜) )鐵電陰極、非易失性抗輻射鐵電陰極、非易失性抗輻射鐵電隨機(jī)存儲(chǔ)器鐵電隨機(jī)存儲(chǔ)器( (FRAM)FRAM)電子陶瓷的典型材料及應(yīng)用示例電子陶瓷的典型材料及應(yīng)用示例 電光陶瓷電光陶瓷Pb1-xLax(ZryTi1-

11、y)O3(Pb1-xLax(ZryTi1-y)O3(透透明致密燒結(jié)體明致密燒結(jié)體) )電控光開關(guān)、光調(diào)制器、光電控光開關(guān)、光調(diào)制器、光存儲(chǔ)器、強(qiáng)激光或核閃光護(hù)存儲(chǔ)器、強(qiáng)激光或核閃光護(hù)目鏡目鏡熱釋電陶瓷熱釋電陶瓷PbTiO3(PbTiO3(經(jīng)極化燒結(jié)體或薄經(jīng)極化燒結(jié)體或薄膜膜) )紅外探測(cè)器、非致冷焦平面紅外探測(cè)器、非致冷焦平面紅外熱成像陣列、紅外瞄準(zhǔn)紅外熱成像陣列、紅外瞄準(zhǔn)鏡鏡電致伸縮陶電致伸縮陶瓷瓷Pb(Mg1/3Nb2/3)O3(Pb(Mg1/3Nb2/3)O3(膜狀多膜狀多層層) )高分辨率高精度微位移驅(qū)動(dòng)高分辨率高精度微位移驅(qū)動(dòng)器器電致變色陶電致變色陶瓷瓷WO3WO3、NiO(NiO(

12、多晶或非晶薄膜多晶或非晶薄膜) )可見光，近紅外，紅外調(diào)制可見光，近紅外，紅外調(diào)制機(jī)敏窗口及屏幕顯示機(jī)敏窗口及屏幕顯示導(dǎo)電陶瓷導(dǎo)電陶瓷-Al2O3-Al2O3、穩(wěn)定穩(wěn)定ZrO2(ZrO2(燒結(jié)燒結(jié)體、離子導(dǎo)電體、離子導(dǎo)電) )；ZrB2ZrB2、La1-xSrxCoO3(La1-xSrxCoO3(燒結(jié)體、電燒結(jié)體、電子導(dǎo)電子導(dǎo)電) )高能量密度鈉硫電池隔膜，高能量密度鈉硫電池隔膜，HTFCHTFC燃料電池隔膜，氧傳感燃料電池隔膜，氧傳感器、磁流體發(fā)電器、磁流體發(fā)電( (MHD)MHD)高溫高溫電極，固體氧化物燃料電池電極，固體氧化物燃料電池( (SOFC)SOFC)陰極陰極超導(dǎo)陶瓷超導(dǎo)陶瓷Y-

13、Y-BaBa-Cu-O(-Cu-O(燒結(jié)體、薄膜燒結(jié)體、薄膜) )高性能微波器件高性能微波器件( (諧振器、諧振器、濾波器、耦合器、延遲線濾波器、耦合器、延遲線) )壓敏陶瓷壓敏陶瓷ZnOZnO、 SrTiO SrTiO3 3( (燒結(jié)體燒結(jié)體) )過電壓保護(hù)器，浪涌及低電過電壓保護(hù)器，浪涌及低電平噪聲吸收雙功能器件平噪聲吸收雙功能器件熱敏陶瓷熱敏陶瓷CdO-SbCdO-Sb2 2O O3 3-WO-WO3 3、NiO-CoO-NiO-CoO-FeO (FeO (燒結(jié)體，負(fù)溫度系數(shù)燒結(jié)體，負(fù)溫度系數(shù)NTC)NTC)；BaTiOBaTiO3 3( (燒結(jié)體，正燒結(jié)體，正溫度系數(shù)溫度系數(shù)PTC)P

14、TC)測(cè)溫及熱補(bǔ)償器件、穩(wěn)壓器、測(cè)溫及熱補(bǔ)償器件、穩(wěn)壓器、限幅器，過熱過電流保護(hù)裝限幅器，過熱過電流保護(hù)裝置、智能恒溫加熱器置、智能恒溫加熱器濕敏陶瓷濕敏陶瓷Zn-LiZn-Li2 2O-VO-V2 2O O5 5, MgCr, MgCr2 2O O4 4( (多多孔燒結(jié)體孔燒結(jié)體) )，F(xiàn)eFe3 3O O4 4，CrCr2 2O O3 3, , SbSb2 2O O3 3( (膜狀膜狀) )濕度測(cè)量及控制器件濕度測(cè)量及控制器件氣敏陶瓷氣敏陶瓷SnOSnO2 2, , ZnOZnO, ZrO, ZrO2 2, , NiONiO( (燒燒結(jié)體結(jié)體) )易燃及有毒氣體探測(cè)器，發(fā)易燃及有毒氣體探測(cè)

15、器，發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比控制器動(dòng)機(jī)空燃比控制器電子陶瓷的典型材料及應(yīng)用示例電子陶瓷的典型材料及應(yīng)用示例 晶體的基本結(jié)構(gòu)晶體的基本結(jié)構(gòu)？結(jié)構(gòu)與性能結(jié)構(gòu)與性能？工藝相關(guān)性？工藝相關(guān)性？v 離子鍵特點(diǎn)就是：離子鍵特點(diǎn)就是：異種原子、價(jià)電子轉(zhuǎn)移、無(wú)方向性異種原子、價(jià)電子轉(zhuǎn)移、無(wú)方向性和飽和性、結(jié)合力強(qiáng)，因此一種原子周圍可盡可能地與和飽和性、結(jié)合力強(qiáng)，因此一種原子周圍可盡可能地與異種原子成鍵。異種原子成鍵。v 共價(jià)鍵的最大特點(diǎn)是具有方向性和飽和性，這就決定共價(jià)鍵的最大特點(diǎn)是具有方向性和飽和性，這就決定了與某一原子成鍵的原子數(shù)目。了與某一原子成鍵的原子數(shù)目。 第第 一一 章章 電子陶瓷的主要化學(xué)結(jié)合力：電子陶瓷的

16、主要化學(xué)結(jié)合力： 離子鍵及共價(jià)鍵離子鍵及共價(jià)鍵在等徑球密堆中，存在兩種間隙：在等徑球密堆中，存在兩種間隙：l（1）四面體空隙：四個(gè)球體包圍之中。）四面體空隙：四個(gè)球體包圍之中。l（2）八面體空隙：六個(gè)球體包圍之中。）八面體空隙：六個(gè)球體包圍之中。若有若有n個(gè)等徑球體作最密堆積時(shí)，必定有個(gè)等徑球體作最密堆積時(shí)，必定有n個(gè)八個(gè)八面體空隙和面體空隙和2n個(gè)四面體空隙個(gè)四面體空隙.配位數(shù)：和某一圓球相切的相鄰空隙圓球數(shù)。配位數(shù)：和某一圓球相切的相鄰空隙圓球數(shù)。配位數(shù)越大則排列越緊密，而等徑球的最大配位配位數(shù)越大則排列越緊密，而等徑球的最大配位數(shù)為數(shù)為12，（空間占用率為，（空間占用率為74.05%）2

17、.不等徑球的密堆積不等徑球的密堆積l金屬氧化物中，氧的電負(fù)性為金屬氧化物中，氧的電負(fù)性為o=3.5，金屬金屬的電負(fù)性的電負(fù)性m=0.70.8,因此離子鍵成份很大。因此離子鍵成份很大。氧離子半徑氧離子半徑1.4，一般金屬離子半徑一般金屬離子半徑0.7 左左右，遠(yuǎn)比右，遠(yuǎn)比O2-離子小，因此在形成晶體時(shí)，為離子小，因此在形成晶體時(shí)，為使自由能最低，往往使自由能最低，往往由半徑較大的由半徑較大的O2-離子作離子作緊密堆積，金屬離子堆充在氧密堆積形成的緊密堆積，金屬離子堆充在氧密堆積形成的空隙中空隙中.下面討論氧離子形成的各種空隙及這些空隙所能填充下面討論氧離子形成的各種空隙及這些空隙所能填充的正離子

18、的大小。的正離子的大小。 （1） 三球（氧離子）形成的空隙三球（氧離子）形成的空隙l設(shè)大球半徑為設(shè)大球半徑為ro，所能填充的正離子半徑為所能填充的正離子半徑為r+ l上述配位多面體稱為三角形，這種間隙稱為三配位上述配位多面體稱為三角形，這種間隙稱為三配位空間或三配位位置?？臻g或三配位位置。 20033rrr02310.1553rr (2).四球形成的間隙 122222220000033 (2 )(3 )()3 rrrrrrr 0610.2252rr 上述配位多面體稱為四面體,這種間隙稱為四配位空間或四配位位置 (3)六球形成的空間 上述配位多面體成為八面體,這種間隙稱為六配位空間或六配位位置。

19、 2200002()(2 )(2 )210.414rrrrrr (4)八球形成的空間 上述配位多面體稱為立方體0002()3(2)310.732rrrrr (5)十二個(gè)球形成的間隙十二個(gè)球形成的間隙 該配位多面體稱為立方八面體該配位多面體稱為立方八面體 由此可看出，當(dāng)配位數(shù)為由此可看出，當(dāng)配位數(shù)為12時(shí)，負(fù)離子間隙可容納時(shí)，負(fù)離子間隙可容納的正離子數(shù)與參加堆積的負(fù)離子半徑相等，即正、負(fù)離的正離子數(shù)與參加堆積的負(fù)離子半徑相等，即正、負(fù)離子一起參加了緊密堆積，例如在子一起參加了緊密堆積，例如在BaTiO3中，中， Ba2+ 半徑半徑1.35 ， O2-半徑半徑1.40 ， Ti4+半徑半徑0.68

20、 ，則可認(rèn)為則可認(rèn)為Ba2+與與O2-一起形成了立方密堆，一起形成了立方密堆，Ti4+處在氧八面體的中處在氧八面體的中心位置心位置。121002000,22()12 ,2()ABEF CDEFrrrrrABr CDrr (3).離子晶體的配位多面體離子晶體的配位多面體 前面我們計(jì)算正、負(fù)離子半徑比時(shí)，假設(shè)小球剛好前面我們計(jì)算正、負(fù)離子半徑比時(shí)，假設(shè)小球剛好填滿大球的間隙，即正、負(fù)離子間均相互接觸。這時(shí)填滿大球的間隙，即正、負(fù)離子間均相互接觸。這時(shí)的小球半徑稱為的小球半徑稱為臨界半徑臨界半徑。1.若小球半徑小于臨界半徑若小球半徑小于臨界半徑,負(fù)離子間接接觸負(fù)離子間接接觸,正負(fù)離正負(fù)離子間不接觸子

21、間不接觸,說明負(fù)離子間排斥力大于正負(fù)離子間的說明負(fù)離子間排斥力大于正負(fù)離子間的吸引力吸引力,系統(tǒng)不穩(wěn)定。系統(tǒng)不穩(wěn)定。2.若小球半徑大于臨界半徑，則負(fù)離子間不接若小球半徑大于臨界半徑，則負(fù)離子間不接觸，正負(fù)離子接觸，說明吸引力大于排斥力觸，正負(fù)離子接觸，說明吸引力大于排斥力（僅就庫(kù)侖力來(lái)說），晶體處在低自由能的穩(wěn)（僅就庫(kù)侖力來(lái)說），晶體處在低自由能的穩(wěn)定狀態(tài)。定狀態(tài)。3.若小球半徑大到超過較高的臨界半徑時(shí)，小若小球半徑大到超過較高的臨界半徑時(shí)，小球周圍就能容納更多的負(fù)離子而使結(jié)構(gòu)變成另球周圍就能容納更多的負(fù)離子而使結(jié)構(gòu)變成另一種配位多面體。一種配位多面體。 因此，形成離子晶體時(shí)，對(duì)于一種配位多因

22、此，形成離子晶體時(shí)，對(duì)于一種配位多面體，正負(fù)離子的半徑比可在一定范圍內(nèi)變化。面體，正負(fù)離子的半徑比可在一定范圍內(nèi)變化。 有些正離子與氧離子的半徑比在臨界半徑附近，有些正離子與氧離子的半徑比在臨界半徑附近，因而可以認(rèn)為具有兩種配位數(shù)。例：因而可以認(rèn)為具有兩種配位數(shù)。例： 0.431 ，配位數(shù)可為，配位數(shù)可為6或或4，形成，形成AlO6八面體或八面體或AlO4四面體，配位數(shù)相同的離子容易互相取代，四面體，配位數(shù)相同的離子容易互相取代，因而可通過摻雜來(lái)改變材料的性能。如因而可通過摻雜來(lái)改變材料的性能。如AlO6八八面體中面體中Al3+用用Mg2+取代后，可形成取代后，可形成MgO6八面體。八面體。

23、1.2 鮑林規(guī)則鮑林規(guī)則鮑林規(guī)則的特點(diǎn)：以正離子的配位多面體作為基本結(jié)鮑林規(guī)則的特點(diǎn)：以正離子的配位多面體作為基本結(jié)構(gòu)單元來(lái)考察離子晶體的結(jié)構(gòu)，而不是以點(diǎn)陣、晶胞的構(gòu)單元來(lái)考察離子晶體的結(jié)構(gòu)，而不是以點(diǎn)陣、晶胞的角度來(lái)描述，因而對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的討論帶來(lái)方便。角度來(lái)描述，因而對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的討論帶來(lái)方便。l1）鮑林）鮑林第一規(guī)則第一規(guī)則配位多面體規(guī)則（幾何角度）配位多面體規(guī)則（幾何角度）l2）鮑林）鮑林第二規(guī)則第二規(guī)則電價(jià)規(guī)則電價(jià)規(guī)則 l3）鮑林）鮑林第三規(guī)則第三規(guī)則一多面體組聯(lián)規(guī)則一多面體組聯(lián)規(guī)則 l4）鮑林）鮑林第四規(guī)則第四規(guī)則一高價(jià)低配位多面體遠(yuǎn)離法則一高價(jià)低配位多面體遠(yuǎn)離法則l5）鮑林）鮑林第五

24、規(guī)則第五規(guī)則一結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化法則（節(jié)約規(guī)則）一結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化法則（節(jié)約規(guī)則） 1.2 鮑林規(guī)則鮑林規(guī)則1）鮑林第一規(guī)則）鮑林第一規(guī)則配位多面體規(guī)則（幾何角度）配位多面體規(guī)則（幾何角度） 每一個(gè)正離子周圍形成一個(gè)負(fù)離子多面體，每一個(gè)正離子周圍形成一個(gè)負(fù)離子多面體，正負(fù)離子間的距離取決于正負(fù)離子半徑和，而配正負(fù)離子間的距離取決于正負(fù)離子半徑和，而配位數(shù)則取決于正負(fù)離子半徑比。（即形成何種配位數(shù)則取決于正負(fù)離子半徑比。（即形成何種配位多面體）位多面體） 這條規(guī)則是從幾何角度表現(xiàn)了晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)這條規(guī)則是從幾何角度表現(xiàn)了晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。定性。 1.2 鮑林規(guī)則鮑林規(guī)則2）鮑林第二規(guī)則）鮑林第二規(guī)則電價(jià)規(guī)則電價(jià)

25、規(guī)則 在穩(wěn)定的離子晶體結(jié)構(gòu)中，每一負(fù)離子的電價(jià)的在穩(wěn)定的離子晶體結(jié)構(gòu)中，每一負(fù)離子的電價(jià)的絕對(duì)值等于或近似地（偏差絕對(duì)值等于或近似地（偏差15%）等于從臨近各正）等于從臨近各正離子分配給負(fù)離子的靜電鍵強(qiáng)度的總和。離子分配給負(fù)離子的靜電鍵強(qiáng)度的總和。 靜電鍵強(qiáng)度靜電鍵強(qiáng)度S： S Z+ /N ，則其中：則其中：Z+一正離子一正離子的電價(jià)，的電價(jià)， N一正離子的配位數(shù)；一正離子的配位數(shù)； Z- ， Z-一負(fù)離子的電價(jià)，一負(fù)離子的電價(jià)， k一與該負(fù)離子相關(guān)聯(lián)的靜電鍵一與該負(fù)離子相關(guān)聯(lián)的靜電鍵數(shù)目，數(shù)目， i一與某個(gè)負(fù)離子相鄰的第一與某個(gè)負(fù)離子相鄰的第i個(gè)正離子。個(gè)正離子。kiZN 1.2 鮑林規(guī)則鮑

26、林規(guī)則這就是說，正離子將其電價(jià)平均分配給與它相鄰的負(fù)離這就是說，正離子將其電價(jià)平均分配給與它相鄰的負(fù)離子，同理，負(fù)離子也將其電價(jià)平均分配給它相鄰的正離子，同理，負(fù)離子也將其電價(jià)平均分配給它相鄰的正離子。子。 總之，電價(jià)規(guī)則從電中性角度來(lái)表現(xiàn)晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)總之，電價(jià)規(guī)則從電中性角度來(lái)表現(xiàn)晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。這就是說，對(duì)于穩(wěn)定的晶體，不僅宏觀上保持電定性。這就是說，對(duì)于穩(wěn)定的晶體，不僅宏觀上保持電中性，在微觀區(qū)域內(nèi)也應(yīng)保持電中性。中性，在微觀區(qū)域內(nèi)也應(yīng)保持電中性。 例：例：MgO晶格中晶格中Mg2+的配位數(shù)為的配位數(shù)為6，故，故S2/6， Z- K* 2/6 ，故故k 6，即即 每個(gè)每個(gè)O2-與與6個(gè)

27、個(gè)Mg2+組成靜電鍵，所以一個(gè)氧與六個(gè)組成靜電鍵，所以一個(gè)氧與六個(gè) 鎂連結(jié)成六個(gè)鎂連結(jié)成六個(gè)MgO6八面體共用一個(gè)氧頂點(diǎn)。八面體共用一個(gè)氧頂點(diǎn)。kiZN2 1.2 鮑林規(guī)則鮑林規(guī)則例：例：BaTiO3基本結(jié)構(gòu)為頂點(diǎn)相連的三維八面體基本結(jié)構(gòu)為頂點(diǎn)相連的三維八面體簇，則每個(gè)氧離子每一八面體中的簇，則每個(gè)氧離子每一八面體中的Ti4+處獲得的處獲得的靜電鍵強(qiáng)度靜電鍵強(qiáng)度 ，每個(gè)氧離子從兩共角，每個(gè)氧離子從兩共角八面體中獲得的總靜電鍵強(qiáng)度八面體中獲得的總靜電鍵強(qiáng)度 ，每個(gè)氧離子從每個(gè)氧離子從12配位的配位的Ba2+處獲得的靜電鍵強(qiáng)處獲得的靜電鍵強(qiáng)度度 ，而每個(gè)氧離子附近有，而每個(gè)氧離子附近有4個(gè)這樣個(gè)這

28、樣的的Ba2+，故從故從Ba2+中獲得的總靜電鍵強(qiáng)度中獲得的總靜電鍵強(qiáng)度為為 ，所以氧離子的價(jià)數(shù)為，所以氧離子的價(jià)數(shù)為 +1S46231Z42*6432S212162Z24*12231Z2Z 1.2 鮑林規(guī)則鮑林規(guī)則3）鮑林第三規(guī)則一多面體組聯(lián)規(guī)則鮑林第三規(guī)則一多面體組聯(lián)規(guī)則l離子晶體中配位多面體之間共用棱邊的數(shù)目愈大，離子晶體中配位多面體之間共用棱邊的數(shù)目愈大，尤其是共用面的數(shù)目愈大，則結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性愈低。尤其是共用面的數(shù)目愈大，則結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性愈低。對(duì)于對(duì)于高價(jià)、低配位數(shù)的正離子來(lái)說，這種效應(yīng)很明顯。高價(jià)、低配位數(shù)的正離子來(lái)說，這種效應(yīng)很明顯。l這是因?yàn)樘幱诘团湮弧⒏邇r(jià)正離子的靜電鍵強(qiáng)度雖這是因?yàn)?/p>

29、處于低配位、高價(jià)正離子的靜電鍵強(qiáng)度雖然可以計(jì)量地分配到各配位負(fù)離子中，但不等于說其然可以計(jì)量地分配到各配位負(fù)離子中，但不等于說其正離子電場(chǎng)已為負(fù)離子多面體所完全屏蔽。當(dāng)這類多正離子電場(chǎng)已為負(fù)離子多面體所完全屏蔽。當(dāng)這類多面體之間共用的棱邊數(shù)增加，則正離子間的距離減小，面體之間共用的棱邊數(shù)增加，則正離子間的距離減小，即未屏蔽好的正離子電場(chǎng)之間的斥力加劇。當(dāng)配位多即未屏蔽好的正離子電場(chǎng)之間的斥力加劇。當(dāng)配位多面體之間以共面方式結(jié)合時(shí)，則必然降低整個(gè)結(jié)構(gòu)的面體之間以共面方式結(jié)合時(shí)，則必然降低整個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。穩(wěn)定性。 1.2 鮑林規(guī)則鮑林規(guī)則例：例：TiO2的三種同質(zhì)異構(gòu)體金紅石、板鈦礦、銳鈦礦的三

30、種同質(zhì)異構(gòu)體金紅石、板鈦礦、銳鈦礦之中，結(jié)構(gòu)單元均為之中，結(jié)構(gòu)單元均為TiO八面體，其共棱數(shù)分別為八面體，其共棱數(shù)分別為2、3、4，其中以共用二棱邊的金紅石最穩(wěn)定。，其中以共用二棱邊的金紅石最穩(wěn)定。1.2 鮑林規(guī)則鮑林規(guī)則4）鮑林第四規(guī)則一高價(jià)低配位多面體遠(yuǎn)）鮑林第四規(guī)則一高價(jià)低配位多面體遠(yuǎn)離法則離法則l若在同一離子晶體中含有不止一種正離子時(shí)，高價(jià)若在同一離子晶體中含有不止一種正離子時(shí)，高價(jià)低配位數(shù)的正離子多面體具有盡可能相互遠(yuǎn)離的趨勢(shì)。低配位數(shù)的正離子多面體具有盡可能相互遠(yuǎn)離的趨勢(shì)。l這一法則實(shí)際上屬于第三規(guī)則的范疇。這一法則實(shí)際上屬于第三規(guī)則的范疇。l例：例：例例1：鎂橄欖石：鎂橄欖石Mg

31、2SiO4的連接方式：的連接方式：SiO4四四面體之間傾向于彼此不互相聯(lián)結(jié)，而是通過面體之間傾向于彼此不互相聯(lián)結(jié)，而是通過MgO6八面體聯(lián)結(jié)。八面體聯(lián)結(jié)。l每個(gè)每個(gè)O2-離子可聯(lián)結(jié)一個(gè)離子可聯(lián)結(jié)一個(gè)SiO4四面體，四面體，3個(gè)個(gè)MgO6八面體八面體 1.2 鮑林規(guī)則鮑林規(guī)則5）鮑林第五規(guī)則一結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化法則（節(jié)）鮑林第五規(guī)則一結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化法則（節(jié)約規(guī)則）約規(guī)則）l即離子晶體中，樣式不同的結(jié)構(gòu)單元應(yīng)盡可即離子晶體中，樣式不同的結(jié)構(gòu)單元應(yīng)盡可能趨向最少，即意味著同種離子應(yīng)具有盡量能趨向最少，即意味著同種離子應(yīng)具有盡量相同的配位環(huán)境。相同的配位環(huán)境。l例：例： 1.2 鮑林規(guī)則鮑林規(guī)則例：計(jì)算尖晶石（例

32、：計(jì)算尖晶石（AB2O4）結(jié)構(gòu)中結(jié)構(gòu)中O2-離子周圍正離子離子周圍正離子的排列方式。的排列方式。l假設(shè)：每個(gè)假設(shè)：每個(gè)O2-離子與離子與x個(gè)個(gè)A配位四面體，與配位四面體，與y個(gè)個(gè)B配配位八面體相聯(lián)結(jié)。位八面體相聯(lián)結(jié)。根據(jù)節(jié)省規(guī)則，取根據(jù)節(jié)省規(guī)則，取x=2，y=2。這說明每個(gè)這說明每個(gè)O2-離子與離子與2個(gè)個(gè)A配位（四面體），配位（四面體），2個(gè)個(gè)B配位多面體（八面體）配位多面體（八面體）相聯(lián)。相聯(lián)。l對(duì)于反尖晶石，每個(gè)對(duì)于反尖晶石，每個(gè)O2-離子與一個(gè)離子與一個(gè)A2+離子和三個(gè)離子和三個(gè)B3+離子相聯(lián)。離子相聯(lián)。2441,32311():22,2()46223,131 2335():2()1,

33、3()42 66412xyABOZxyxyxyxyBAB OZxyxyxy正尖晶石反尖晶石 1.2 鮑林規(guī)則鮑林規(guī)則總結(jié)：鮑林規(guī)則是由離子晶體結(jié)構(gòu)中歸納出來(lái)的，符合大多數(shù)離子晶體的結(jié)構(gòu)情況，對(duì)于理解晶體結(jié)構(gòu)有用。但它不完全適用于過渡元素的離子晶體，更不適用于非離子晶格的晶體，對(duì)于這些晶體的結(jié)構(gòu)，還需要用晶體場(chǎng)、配位場(chǎng)等理論來(lái)說明，本課程就不作介紹了。1.3 電子陶瓷的典型結(jié)構(gòu)電子陶瓷的典型結(jié)構(gòu)ABO3的晶體結(jié)構(gòu)：的晶體結(jié)構(gòu)：l （a）鈦鐵礦型鈦鐵礦型 l （b）鈣鈦礦型（鈣鈦礦型（CaTiO3）（b）鈣鈦礦型（鈣鈦礦型（CaTiO3）(OPS結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)) (1)OP S 的 理 想 化 合 式

34、為的 理 想 化 合 式 為 A B O3， 配 位 數(shù)配 位 數(shù)A:B:O=12:6:6，其中其中A為低價(jià)半徑大的正離子，為低價(jià)半徑大的正離子，B為高價(jià)半徑小的正離子，為高價(jià)半徑小的正離子，O為氧負(fù)離子為氧負(fù)離子(離子半徑離子半徑132pm); (2)離子半徑匹配應(yīng)滿足下面關(guān)系式，離子半徑匹配應(yīng)滿足下面關(guān)系式， 1.3 電子陶瓷的典型結(jié)構(gòu)電子陶瓷的典型結(jié)構(gòu) 其中，容差因子其中，容差因子t=0.711.1, t=1時(shí)為理想結(jié)構(gòu)；時(shí)為理想結(jié)構(gòu)； (3)A、O離子半徑比較相近，離子半徑比較相近，A與與O離子共同構(gòu)成離子共同構(gòu)成立方密堆積；立方密堆積； (4)正、負(fù)離子電價(jià)之間應(yīng)滿足電中性原則；正、

35、負(fù)離子電價(jià)之間應(yīng)滿足電中性原則； (5)A、B位正離子電價(jià)加和平均為位正離子電價(jià)加和平均為(+6)便可。便可。 簡(jiǎn)單的：簡(jiǎn)單的：A1+B5+O3，A2+B4+O3， A3+B3+O3，復(fù)雜的：復(fù)雜的：A(B 1-xB x)O3, (A 1-xA x)BO3, (A 1-xA x)(B 1-yB y)O3；tRRRROBOA)(21.3 電子陶瓷的典型結(jié)構(gòu)電子陶瓷的典型結(jié)構(gòu)OPS的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： (1)氧八面體共頂點(diǎn)連接，組成三維網(wǎng)氧八面體共頂點(diǎn)連接，組成三維網(wǎng)絡(luò)絡(luò)(圖圖1)，根據(jù)，根據(jù)Pauling的配位多面體連的配位多面體連接規(guī)則，此種結(jié)構(gòu)比共棱、共面連接穩(wěn)接規(guī)則，此種結(jié)構(gòu)比共棱、共

36、面連接穩(wěn)定；定； (2)共頂連接使氧八面體網(wǎng)絡(luò)之間的空共頂連接使氧八面體網(wǎng)絡(luò)之間的空隙比共棱、共面連接時(shí)要大，允許較大隙比共棱、共面連接時(shí)要大，允許較大尺寸離子填入，即使產(chǎn)生大量晶體缺陷，尺寸離子填入，即使產(chǎn)生大量晶體缺陷，或者各組成離子的尺寸與幾何學(xué)要求有或者各組成離子的尺寸與幾何學(xué)要求有較大出入時(shí)，較大出入時(shí)， 仍然能夠保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；并有利于氧及仍然能夠保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；并有利于氧及缺陷的擴(kuò)散遷移；缺陷的擴(kuò)散遷移；1.3 電子陶瓷的典型結(jié)構(gòu)電子陶瓷的典型結(jié)構(gòu)1.3 電子陶瓷的典型結(jié)構(gòu)電子陶瓷的典型結(jié)構(gòu)(3)由于容差因子由于容差因子t范圍很寬及范圍很寬及A、B離子電價(jià)加和為離子電價(jià)加和為(+6)

37、便便可，可， 使結(jié)構(gòu)有很強(qiáng)的適應(yīng)性，可用多種不同半徑及化合價(jià)使結(jié)構(gòu)有很強(qiáng)的適應(yīng)性，可用多種不同半徑及化合價(jià)的正離子取代的正離子取代A位或位或B位離子。位離子。1.3 電子陶瓷的典型結(jié)構(gòu)電子陶瓷的典型結(jié)構(gòu)實(shí)測(cè)的鐵電薄膜電滯回線1.3 電子陶瓷的典型結(jié)構(gòu)電子陶瓷的典型結(jié)構(gòu)在高于居里溫度時(shí)為立方晶相，晶格常數(shù)為在高于居里溫度時(shí)為立方晶相，晶格常數(shù)為4.01，r（Ba2+）=1.43 ，r（O2-）=1.32 ，r（Ti4+）=0.64 ，鈦鈦-氧離子間距為氧離子間距為2.005 r（Ti4+）+ r（O2-）=1.96 ，鈦離子就有向氧的六個(gè)方向位移鈦離子就有向氧的六個(gè)方向位移的可能。的可能。在在1

38、20C以下，不足以克服鈦以下，不足以克服鈦-氧氧相對(duì)位移所形成的內(nèi)電場(chǎng)，從而相對(duì)位移所形成的內(nèi)電場(chǎng)，從而產(chǎn)生自發(fā)極化。這種極化波及相產(chǎn)生自發(fā)極化。這種極化波及相鄰的晶格，形成鄰的晶格，形成“電疇電疇”。BaTiO3的晶胞參數(shù)與溫度的關(guān)系 1.3 電子陶瓷的典型結(jié)構(gòu)電子陶瓷的典型結(jié)構(gòu)l1鐵電體的概念鐵電體的概念l 在機(jī)械應(yīng)力的作用下介質(zhì)發(fā)生極化，形成晶體在機(jī)械應(yīng)力的作用下介質(zhì)發(fā)生極化，形成晶體表面電荷的效應(yīng)稱為壓電效應(yīng)。反之，當(dāng)外加電場(chǎng)表面電荷的效應(yīng)稱為壓電效應(yīng)。反之，當(dāng)外加電場(chǎng)于晶體，晶體發(fā)生形變的效應(yīng)稱為逆壓電效應(yīng)。這于晶體，晶體發(fā)生形變的效應(yīng)稱為逆壓電效應(yīng)。這樣的性質(zhì)稱為晶體的壓電性。這樣

39、的晶體稱為壓電樣的性質(zhì)稱為晶體的壓電性。這樣的晶體稱為壓電體。體。l 在無(wú)外電場(chǎng)作用的時(shí)候，晶體的正負(fù)電荷中心在無(wú)外電場(chǎng)作用的時(shí)候，晶體的正負(fù)電荷中心不重復(fù)而呈現(xiàn)電偶極矩的現(xiàn)象稱為自發(fā)極化。不重復(fù)而呈現(xiàn)電偶極矩的現(xiàn)象稱為自發(fā)極化。l具有自發(fā)極化的晶體（極性）由于結(jié)構(gòu)內(nèi)正負(fù)電荷具有自發(fā)極化的晶體（極性）由于結(jié)構(gòu)內(nèi)正負(fù)電荷中心不相重合而存在固有電矩，當(dāng)晶體溫度變化時(shí)，中心不相重合而存在固有電矩，當(dāng)晶體溫度變化時(shí)，發(fā)生熱膨脹使晶體的自發(fā)極化的固有電矩發(fā)生改變發(fā)生熱膨脹使晶體的自發(fā)極化的固有電矩發(fā)生改變,1.4 鐵電體的結(jié)構(gòu)與自發(fā)極化鐵電體的結(jié)構(gòu)與自發(fā)極化l形成表面束縛電荷改變，表現(xiàn)出晶體的兩端帶電（

40、電形成表面束縛電荷改變，表現(xiàn)出晶體的兩端帶電（電氣石）氣石）l 具有自發(fā)極化，且自發(fā)極化方向能隨外場(chǎng)改變的晶具有自發(fā)極化，且自發(fā)極化方向能隨外場(chǎng)改變的晶體稱為鐵電體。體稱為鐵電體。l在一定溫度范圍內(nèi)，鐵電體必然是壓電體，而壓電體在一定溫度范圍內(nèi)，鐵電體必然是壓電體，而壓電體則不一定是鐵電體。則不一定是鐵電體。l鐵電體的極化強(qiáng)度鐵電體的極化強(qiáng)度P與外電場(chǎng)與外電場(chǎng)E之間存在電滯回線，之間存在電滯回線， 因而，可用是否存在電滯回線來(lái)判斷是否是鐵電體。因而，可用是否存在電滯回線來(lái)判斷是否是鐵電體。1.4 鐵電體的結(jié)構(gòu)與自發(fā)極化鐵電體的結(jié)構(gòu)與自發(fā)極化-6-4-20246-20-1001020-EcEc-

41、Ps+Ps-Pr+PrE(V) P(C/cm2)1.4 鐵電體的結(jié)構(gòu)與自發(fā)極化鐵電體的結(jié)構(gòu)與自發(fā)極化lPr(OD): 剩余極化強(qiáng)度剩余極化強(qiáng)度lPs(OE): 自發(fā)極化強(qiáng)度自發(fā)極化強(qiáng)度lEc(OF): 矯頑電場(chǎng)矯頑電場(chǎng)lOA小的外加電場(chǎng)，不足以改變?nèi)魏坞姰?，小的外加電?chǎng)，不足以改變?nèi)魏坞姰?，P和和E成成線性線性lABE升高，升高，P升高，電疇轉(zhuǎn)向（負(fù)升高，電疇轉(zhuǎn)向（負(fù)正），直到正），直到飽和（含轉(zhuǎn)向）飽和（含轉(zhuǎn)向）lBC所有電疇與電場(chǎng)方向一致，極化隨電場(chǎng)的增大所有電疇與電場(chǎng)方向一致，極化隨電場(chǎng)的增大而增大而增大lCD:E趨于零。趨于零。P=Pr,仍有一些電疇在正方向占優(yōu)勢(shì)。仍有一些電疇在正方向

42、占優(yōu)勢(shì)。lDF電場(chǎng)反向，電場(chǎng)反向，E趨于趨于Ec.l注意：鐵電體加熱升溫注意：鐵電體加熱升溫順電體。順電體。 1.4 鐵電體的結(jié)構(gòu)與自發(fā)極化鐵電體的結(jié)構(gòu)與自發(fā)極化2.電疇的概念電疇的概念l晶體中存在一些不同方向的自發(fā)極化區(qū)域晶體中存在一些不同方向的自發(fā)極化區(qū)域(domain).在鐵在鐵電體中，固有電極矩在一定的子區(qū)域內(nèi)取向相同這些區(qū)域電體中，固有電極矩在一定的子區(qū)域內(nèi)取向相同這些區(qū)域就稱為電疇。（取向相同的固有電偶極矩）就稱為電疇。（取向相同的固有電偶極矩）電疇的排列方式分為電疇的排列方式分為180度電疇（反平行）和度電疇（反平行）和90度電疇。度電疇。因而不加電場(chǎng)時(shí)，整個(gè)晶體總電矩為零。因而

43、不加電場(chǎng)時(shí)，整個(gè)晶體總電矩為零。1.4 鐵電體的結(jié)構(gòu)與自發(fā)極化鐵電體的結(jié)構(gòu)與自發(fā)極化1.4 鐵電體的結(jié)構(gòu)與自發(fā)極化鐵電體的結(jié)構(gòu)與自發(fā)極化1.4 鐵電體的結(jié)構(gòu)與自發(fā)極化鐵電體的結(jié)構(gòu)與自發(fā)極化單疇晶粒單疇晶粒180180疇疇納米鐵電薄膜納米鐵電薄膜 典型電疇結(jié)構(gòu)典型電疇結(jié)構(gòu)電疇電疇操縱操縱PsSPM 針尖控制局部電場(chǎng)使電疇反轉(zhuǎn)寫入量子點(diǎn)寫入量子點(diǎn)電疇剪裁電疇剪裁在納米尺度研究電疇操縱、疇壁運(yùn)動(dòng)、疇核生長(zhǎng)規(guī)律。 殼芯（殼芯（coreshell）結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)殼芯結(jié)構(gòu)示意圖殼芯結(jié)構(gòu)示意圖殼殼順電相順電相芯芯鐵電相鐵電相l(xiāng)3. 電疇的運(yùn)動(dòng)電疇的運(yùn)動(dòng) 在外電場(chǎng)的推動(dòng)下，電疇會(huì)隨外電場(chǎng)方向轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)。其在外電場(chǎng)的推

44、動(dòng)下，電疇會(huì)隨外電場(chǎng)方向轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)。其運(yùn)動(dòng)過程分為新疇成核和成長(zhǎng)兩個(gè)階段。運(yùn)動(dòng)過程分為新疇成核和成長(zhǎng)兩個(gè)階段。 疇：反向電場(chǎng)疇：反向電場(chǎng)（邊沿，缺陷處即成核）新（邊沿，缺陷處即成核）新疇疇劈尖狀的新疇向前端發(fā)展（因疇前移速度快幾劈尖狀的新疇向前端發(fā)展（因疇前移速度快幾個(gè)個(gè) 數(shù)量級(jí)）數(shù)量級(jí)）l疇不產(chǎn)生應(yīng)力（因自發(fā)極化反平行）疇不產(chǎn)生應(yīng)力（因自發(fā)極化反平行）l 疇疇(新舊疇自發(fā)極化方向差度新舊疇自發(fā)極化方向差度)同疇過程。同疇過程。1.4 鐵電體的結(jié)構(gòu)與自發(fā)極化鐵電體的結(jié)構(gòu)與自發(fā)極化l新疇發(fā)展靠疇壁側(cè)向運(yùn)動(dòng)（因側(cè)向運(yùn)動(dòng)與劈尖速度接新疇發(fā)展靠疇壁側(cè)向運(yùn)動(dòng)（因側(cè)向運(yùn)動(dòng)與劈尖速度接近）疇運(yùn)動(dòng)因晶軸的脹，縮

45、方向不一致而是起近近）疇運(yùn)動(dòng)因晶軸的脹，縮方向不一致而是起近鄰晶胞承受壓力。反之，在外方向應(yīng)力的夾持下，也會(huì)鄰晶胞承受壓力。反之，在外方向應(yīng)力的夾持下，也會(huì)使疇的運(yùn)動(dòng)受到影響。實(shí)際的鐵電體中，必然同使疇的運(yùn)動(dòng)受到影響。實(shí)際的鐵電體中，必然同時(shí)存在疇和疇，并且相互影響，相互牽時(shí)存在疇和疇，并且相互影響，相互牽制。尤其多晶陶瓷中雜質(zhì)，缺陷，晶粒間界，空間電荷制。尤其多晶陶瓷中雜質(zhì)，缺陷，晶粒間界，空間電荷的存在將給電疇的轉(zhuǎn)向帶來(lái)電的或機(jī)械應(yīng)力方面的影響，的存在將給電疇的轉(zhuǎn)向帶來(lái)電的或機(jī)械應(yīng)力方面的影響，故鐵電瓷在外電場(chǎng)作用下的定向移動(dòng)率，通常比鐵電單故鐵電瓷在外電場(chǎng)作用下的定向移動(dòng)率，通常比鐵電單

46、晶的定向率低的多。晶的定向率低的多。1.4 鐵電體的結(jié)構(gòu)與自發(fā)極化鐵電體的結(jié)構(gòu)與自發(fā)極化l極化反轉(zhuǎn)過程1）反向疇成核 2）疇縱向生長(zhǎng) 3）疇橫向長(zhǎng)大 4）疇反轉(zhuǎn) l（1）BaTiO3的相變的相變BaTiO3晶型的結(jié)構(gòu)相變晶型的結(jié)構(gòu)相變 立方晶系。（立方晶系。（BaTiO3） （001）方向方向120 四方晶系四方晶系 （011）方向）方向 0 正交晶系正交晶系 ( 111）方向）方向 80 三方晶系三方晶系1.4 鐵電體的結(jié)構(gòu)與自發(fā)極化鐵電體的結(jié)構(gòu)與自發(fā)極化立方晶系四角晶系正交晶系三角晶系PsPsPsl（2 2）自發(fā)極化產(chǎn)生的原因：）自發(fā)極化產(chǎn)生的原因：lTiTi4+4+O O2-2-間距大（間距大（2.0052.005A A）, ,故氧八面體間隙大