鐵電與反鐵電的比較00

鐵電體和反鐵電體的基本性質鐵電體的研究進展反鐵電體的研究進展反鐵電陶瓷目前一頁\總數(shù)三十一頁\編于二十一點鐵電體的定義：鐵電體：某些晶體在一定的溫度范圍內具有自發(fā)極化，而且其自發(fā)極化方向可以因外電場方向的反向而反向，晶體的這種性質稱為鐵電性，具有鐵電性的晶體稱為鐵電體目前二頁\總數(shù)三十一頁\編于二十一點反鐵電體的定義：反鐵電體：在一定溫度范圍內相鄰離子聯(lián)線上的偶極子呈反平行排列，宏觀上自發(fā)極化強度為零，無電滯回線的材料，稱為反鐵電體。目前三頁\總數(shù)三十一頁\編于二十一點典型的鐵電材料鐵電材料概括起來可以分為兩大類：

a.一類以磷酸二氫鉀KH2PO4--簡稱KDP--為代表，具有氫鍵，他們從順電相過渡到鐵電像是無序到有序的相變；b.另一類則以鈦酸鋇為代表，從順電相到鐵電相的過渡是由于其中兩個子晶格發(fā)生相對位移。目前四頁\總數(shù)三十一頁\編于二十一點鈦酸鋇的晶體結構圖和鐵電相變圖目前五頁\總數(shù)三十一頁\編于二十一點典型的反鐵電材料NH4H2PO4型（包括NH4H2AsO4及氘代鹽等

）；（NH4）2SO4型（包括NH4HSO4及NH4LiSO4等

）；（NH4）2H3IO6型（包括Ag2H3IO6等）；鈣鈦礦型（包括NaNbO3、PbZrO3、PbHfO3、Pb（Mg1／2W1／2）O3等）；RbNO3等。目前六頁\總數(shù)三十一頁\編于二十一點鐵電體與反鐵電體的相同點目前七頁\總數(shù)三十一頁\編于二十一點介電反常目前八頁\總數(shù)三十一頁\編于二十一點鐵電體與反鐵電體的不同點目前九頁\總數(shù)三十一頁\編于二十一點關于電滯回線目前十頁\總數(shù)三十一頁\編于二十一點鐵電體中由于出現(xiàn)疇結構，一般地宏觀極化強度p＝0。當外電場E很小時p與E有線性關系。當E足夠大以后，出現(xiàn)p滯后于E而變化的關系曲線稱為電滯回線。經過固定振幅的強交變電場多次反復極化之后，電滯回線有大致穩(wěn)定的形狀,參見圖。其中的箭頭標明回線循環(huán)的方向。當E很大時極化趨向飽和，從這部分外推至縱軸的截距p稱為飽和極化強度。E由幅值減小時p略有降低，當E＝0時，鐵電體具有剩余極化強度pr；當電場反向至E=-Ec時，剩余極化迅速消失，反向電場繼續(xù)增大時極化反向形成大致對稱的回線；Ec稱為矯頑場。電滯回線是判斷鐵電性的重要標志。目前十一頁\總數(shù)三十一頁\編于二十一點鐵電體的特性：極化強度P和電場強度E有復雜的非線性關系，εr不是常量，它隨E變，最大可達幾千；有電滯現(xiàn)象，在周期性變化的電場作用下，出現(xiàn)電滯回線，有剩余極化強度；當溫度超過某一溫度時，鐵電性消失，這一溫度叫做居里（PierreCurie）溫度；鐵電體內存在自發(fā)極化小區(qū)，把這種小區(qū)叫做電疇。正是因為存在電疇，鐵電體才具有以上這些獨特的性質。目前十二頁\總數(shù)三十一頁\編于二十一點關于雙電滯回線目前十三頁\總數(shù)三十一頁\編于二十一點反鐵電體在轉變溫度以下，鄰近的晶胞彼此沿反平行方向自發(fā)極化。反鐵電體一般宏觀無剩余極化強度，但在很強的外電場作用下，可以誘導成鐵電相，其P-E呈雙電滯回線。其在E較小時，無電滯回線，當E很大時，出現(xiàn)了雙電滯回線。目前十四頁\總數(shù)三十一頁\編于二十一點反鐵電相變在順電-鐵電相變中，各晶胞中出現(xiàn)了電偶極矩，鐵電相晶胞與順電相晶胞比較，只是發(fā)生了微小的畸變。在順電-反鐵電相變中，順電相的相鄰晶胞出現(xiàn)了方向相反的偶極矩，顯然這樣的“晶胞”已不能作為反鐵電相的結構重復單元。反鐵電相晶胞的體積因而是順電相晶胞的倍數(shù)。晶胞體積倍增是反鐵電相變的特征之一。反鐵電相變可認為是順電相相鄰晶胞出現(xiàn)反向極化的結果，于是反鐵電相點群可由順電相點群與反向極化的疊加而得出。目前十五頁\總數(shù)三十一頁\編于二十一點鐵電體的性質目前十六頁\總數(shù)三十一頁\編于二十一點鐵電性：在一些電介質晶體中，晶胞的結構使正負電荷重心不重合而出現(xiàn)電偶極矩，產生不等于零的電極化強度，使晶體具有自發(fā)極化，晶體的這種性質叫鐵電性。介電性：將某一均勻的電介質作為電容器的介質而置于其兩極之間，則由于電介質的極化，將使電容器的電容量比真空為介質時的電容量增加若干倍的性質。壓電性：某些介質的單晶體，當受到定向壓力或張力的作用時，能使晶體垂直于應力的兩側表面上分別帶有等量的相反電荷的性質。目前十七頁\總數(shù)三十一頁\編于二十一點鐵電體的效應目前十八頁\總數(shù)三十一頁\編于二十一點光電效應：物質由于吸收光子而產生電的現(xiàn)象。聲電效應：通過在半導體中傳播的聲波的作用而產生電動勢的一種現(xiàn)象。熱釋電效應：由于溫度的變化引起極化狀態(tài)改變的現(xiàn)象。光折變效應：在光場的作用下使材料中的折射率發(fā)生了可逆的變化的現(xiàn)象。目前十九頁\總數(shù)三十一頁\編于二十一點鐵電體各種性質的應用鐵電性:鐵電場效應晶體管FFET

介電性:大容量電容\可調諧微波器件壓電性:壓電傳感器\換能器\馬達電光效應:光開關\光波導\光顯示器件聲光效應:聲光偏轉器光折變效應:光調制器件\光信息存儲器件熱釋電效應:非致冷紅外焦平面陣列目前二十頁\總數(shù)三十一頁\編于二十一點鐵電體的研究進展目前二十一頁\總數(shù)三十一頁\編于二十一點第一性原理的計算現(xiàn)代能帶結構方法和高速計算機的反展使得對鐵電性起因的研究變?yōu)榭赡堋Ｍㄟ^第一性原理的計算，對BaTiO3、PbTiO3、KNbO3和LiTaO3等鐵電體，得出了電子密度分布，軟模位移和自發(fā)極化等重要結果，對闡明鐵電性的微觀機制有重要作用。目前二十二頁\總數(shù)三十一頁\編于二十一點尺寸效應的研究隨著鐵電薄膜和鐵電超微粉的發(fā)展，鐵電尺寸效應成為一個迫切需要研究的實際問題。近年來，人們從理論上預言了自發(fā)極化、相變溫度和介電極化率等隨尺寸變化的規(guī)律，并計算了典型鐵電體的鐵電臨界尺寸。這些結果不但對集成鐵電器件和精細復合材料的設計有指導作用，而且是鐵電理論在有限尺寸條件下的發(fā)展。目前二十三頁\總數(shù)三十一頁\編于二十一點鐵電液晶和鐵電聚合物的基礎和應用研究1975年MEYER發(fā)現(xiàn)，由手性分子組成的傾斜的層狀c相液晶具有鐵電性。在性能方面，鐵電液晶在電光顯示和非線性光學方面很有吸引力。電光顯示基于極化反轉，其響應速度比普通絲狀液晶快幾個數(shù)量級。非線性光學方面，其二次諧波發(fā)生效率已不低于常用的無機非線性光學晶體。聚合物的鐵電性在70年代末期得到確證。雖然PVDF的熱電性和壓電性早已被發(fā)現(xiàn)，但直到70年代末才得到論證，并且人們發(fā)現(xiàn)了一些新的鐵電聚合物。聚合物組分繁多，結構多樣化，預期從中可發(fā)掘出更多的鐵電體，從而擴展鐵電體物理學的研究領域，并開發(fā)新的應用。目前二十四頁\總數(shù)三十一頁\編于二十一點集成鐵電體的研究鐵電薄膜與半導體的集成稱為集成鐵電體，近年來廣泛開展了此類材料的研究。鐵電存貯器的基本形式是鐵電隨機存取存貯器。早期以為主要研究對象，直至年實現(xiàn)了的商業(yè)化。與五六十年代相比，當前的材料和技術解決了幾個重要問題。一是采用薄膜，極化反轉電壓易于降低，可以和標準的硅或電路集成；二是在提高電滯回線矩形度的同時，在電路設計上采取措施，防止誤寫誤讀；三是疲勞特性大有改善，已制出反轉次數(shù)達5*1012次仍不顯示任何疲勞的鐵電薄膜。在存貯器上的重大應用己逐漸在鐵電薄膜上實現(xiàn)。與此同時，鐵電薄膜的應用也不局限于鐵電隨機存貯器，還有鐵電場效應晶體管、鐵電動態(tài)隨機存取存貯器等。除存貯器外，集成鐵電體還可用于紅外探測與成像器件，超聲與聲表面波器件以及光電子器件等。目前二十五頁\總數(shù)三十一頁\編于二十一點反鐵電體的研究方向目前二十六頁\總數(shù)三十一頁\編于二十一點反鐵電體的應用目前二十七頁\總數(shù)三十一頁\編于二十一點貯能應用利用反鐵電材料的極化強度-電場的雙電滯回線特性，可以制作一種新型的電壓調節(jié)器件。把這種器件與電路中的負載并聯(lián)，可以使負載兩端電壓穩(wěn)定在一個相當狹窄的范圍之內。這種器件適于在高壓下使用，尺寸小，重量輕，不需附加別的裝置，能用于交流、直流和脈沖功率源。目前二十八頁\總數(shù)三十一頁\編于二十一點換能應用傳統(tǒng)的壓電體的能量轉換是線性的，而且是可逆的。但是，由于介電損耗及機械損耗的原因，它只能在低負荷循環(huán)下工作，而可轉換的能量密度約為0.05焦耳/厘米3。利用電場強迫反鐵電相變，轉變?yōu)殍F電體，使它放出機械能；或者施加壓應力強迫鐵電體轉變?yōu)榉磋F電體，使放出電能。這種方法產生的機電能量轉換的能量密度可超過1焦耳/厘米3。強迫相轉變換能實際是使鐵電陶瓷內部大量的電疇發(fā)生再取向，因而有更大的能量密度。但這時全部或大部分極化狀態(tài)受到破壞，能量轉換過程是非線性的。由于伴隨著有電滯回線現(xiàn)象，因而重復率及負荷循環(huán)必須低。施加偏壓可以使相轉變成