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鐵電體的(dí)特性(xìng)

更新時間:2020-07-15      點擊次數:4675

  在熱釋(shì)電晶(jīng)體(tǐ)中(zhōng),有若幹種點群(qún)的晶體不但在某溫度(dù)範圍(wéi)內具有自發極化,且自(zì)發(fā)極化有兩個或(huò)多(duō)個可(kě)能(néng)的(dí)取向(xiàng),在(zài)不超過(guò)晶體(tǐ)擊(jī)穿電場(cháng)強度的(dí)電(diàn)場(cháng)作用(yòng)下(xià),其(qí)取向可以隨電(diàn)場改(gǎi)變,這種特(tè)性(xìng)稱為(wéi)鐵電性(xìng),具有(yǒu)這(zhè)種性質的(dí)晶體稱為(wéi)鐵電(diàn)體(tǐ)。大量(liáng)實(shí)驗(yàn)表明,描(miáo)述鐵電(diàn)體(tǐ)的(dí)物理性(xìng)質(如(rú)極(jí)化強(qiáng)度(dù),熱釋電(diàn)係數,壓電(diàn)常(cháng)數等)與外電(diàn)場(cháng)E之間的(dí)滯(zhì)後關係(xì)曲綫就是(shì)電滯(zhì)回綫(xiàn)(ferroelectric hysteresis),類似(sì)於鐵磁(cí)體的(dí)磁(cí)滯(zhì)回綫(xiàn)。除此之外(wài),鐵電(diàn)體(tǐ)與鐵(tiě)磁(cí)體在(zài)許多(duō)其他(tā)物(wù)理性質上(shàng)也(yě)是具(jù)有(yǒu)一(yī)一相對應的(dí)類似(sì),如電(diàn)疇對(duì)應(yīng)磁疇(chóu),順電鐵(tiě)電相變(biàn)對(duì)應於(yú)順磁-鐵磁(cí)相(xiāng)變(biàn),電矩(jǔ)對(duì)應磁(cí)矩(jǔ),所以歷*就將(jiāng)這類(lèi)具有(yǒu)電(diàn)滯回綫(xiàn)的晶體(tǐ)稱為鐵電(diàn)體(tǐ)。鐵(tiě)電體(tǐ)的(dí)共(gòng)同特(tè)性(xìng)為(wéi):①具(jù)有電(diàn)滯回綫;②具(jù)有結(jié)構(gòu)相(xiāng)變溫(wēn)度,即居裏點;③具(jù)有臨界(jiè)特性。分述(shù)如下。

   (1)電滯回(huí)綫

自(zì)發極化僅僅是晶體具有鐵電(diàn)性的必要(yào)條(tiáo)件,鐵(tiě)電(diàn)體的(dí)重(zhòng)要(yào)特性之(zhī)一是具有電(diàn)滯回(huí)綫(xiàn)。鐵電(diàn)體的典型P-E電滯回綫(xiàn)如圖所示(shì),它表明(míng),鐵(tiě)電體(tǐ)的極化(huà)強度(dù)P與(yǔ)外(wài)加電場(cháng)E之間呈非(fēi)綫(xiàn)性關(guān)係(xì),且極化(huà)強度隨外(wài)電場反向而反(fǎn)向(xiàng)。極化強(qiáng)度(dù)的反向源於鐵電(diàn)體(tǐ)內(nèi)部(bù)存在的(dí)電疇反轉。這(zhè)裏為(wéi)了(liǎo)討論簡化,以(yǐ)單晶體(tǐ)為(wéi)例,假定自(zì)發極化的(dí)取向(xiàng)隻有兩種(zhǒng)可能(néng),即沿某(mǒu)晶軸(zhóu)的正向和負向,施加的外電(diàn)場方向平(píng)行(háng)於(yú)極化(huà)軸。當場(cháng)的(dí)總(zǒng)電矩為零時,晶(jīng)體(tǐ)中相鄰電疇的極化方(fāng)向相(xiāng)反,晶體(tǐ)的(dí)總電(diàn)矩(jǔ)為零(líng)。當(dāng)施(shī)加(jiā)逐漸增加(jiā)的(dí)外(wài)電場(cháng)時,自(zì)發(fā)極(jí)化(huà)方(fāng)向(xiàng)與(yǔ)電(diàn)場方向(xiàng)相反的那些(xiē)電(diàn)疇(chóu)體積將(jiāng)由於(yú)電(diàn)疇的(dí)反(fǎn)轉(zhuǎn)而逐漸(jiàn)減(jiǎn)小(xiǎo),與電場(cháng)方(fāng)向相同的(dí)那些(xiē)電(diàn)疇則(zé)逐(zhú)漸擴大,於是(shì),鐵(tiě)電晶(jīng)體在外(wài)場方向的極化(huà)強度(dù)隨(suí)電場增(zēng)加(jiā)而增(zēng)加(jiā),如(rú)圖的OA段曲綫(xiàn)所(suǒ)示(shì)。當電場(cháng)增大到足夠(gòu)使晶體中反向(xiàng)電疇(chóu)均(jūn)反轉到(dào)外(wài)場(cháng)方(fāng)向(xiàng)時,晶體(tǐ)變成單(dān)疇體(tǐ),晶(jīng)體的極化達(dá)到飽和,如圖中C附近(jìn)部分所(suǒ)示(shì)。此後電場再(zài)增(zēng)加,與一般

 18℃之(zhī)間為鐵(tiě)電相,其(qí)他溫度(dù)為(wéi)順電相,因(yīn)此,24℃稱為它(tā)的(dí)上鐵電(diàn) 居裏溫(wēn)度(dù),-18℃為(wéi)它的(dí)下(xià)鐵電(diàn)居(jū)裏溫度。

  晶(jīng)體(tǐ)的順電相和鐵電相在晶體的(dí)對(duì)稱性(xìng)方麵有(yǒu)著緊密的(dí)內(nèi)在(zài)聯係。通常,高溫的順(shùn)電相(xiāng)總(zǒng)是對(duì)稱性較(jiào)高的結(jié)構,稱為(wéi)鐵電(diàn)體的原(yuán)型結(jié)構,隨(suí)著溫度的降(jiàng)低,某些對稱要素要(yào)消失(shī),晶體(tǐ)便(biàn)可(kě)能(néng)轉變為鐵(tiě)電(diàn)相。因此(cǐ),晶(jīng)體(tǐ)的各(gè)種(zhǒng)鐵電(diàn)相(xiāng)實際上(shàng)是某種原(yuán)型結構對(duì)稱性發(fā)生逐次(cì)遞降(jiàng)而(ér)形(xíng)成的亞群(qún)。

(3)臨(lín)界(jiè)特(tè)性(xìng)

晶(jīng)體在發生順(shùn)電(diàn)-鐵(tiě)電(diàn)相變(biàn)或其它(tā)極化狀態發(fā)生(shēng)變化的結構(gòu)相變時,晶(jīng)體(tǐ)的(dí)一(yī)係列(liè)物理性質發生(shēng)反常(cháng)變化(huà)。例如(rú),晶體的介電性(xìng)質,彈性(xìng),壓(yā)電性,光學(xué)性質,熱(rè)學性質等大(dà)都(dū)出現明(míng)顯的改變(biàn)。晶(jīng)體在相(xiāng)變(biàn)點附(fù)近(jìn)所發(fā)生(shēng)的(dí)各種反(fǎn)常(cháng)變化通稱(chēng)為臨界現象(xiàng)。晶體的臨界現象(xiàng)包(bāo)含(hán)了許(xǔ)多(duō)有關鐵電現象(xiàng)本(běn)質(zhì)和晶體內部各種物理(lǐ)過程(chéng)的重要(yào)信息(xī)。臨界現(xiàn)象對於(yú)材(cái)料(liào)的(dí)實際應(yīng)用(yòng)也有很(hěn)重要的意義。

 

 

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