铁电陶瓷材料介绍及其应用PPT(22张)
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• Ps 可用电滞回线仪,或通过热释 电流测得
• 一般, 铁电体, Ps = 0.1-100C/cm2 • BaTiO3 Ps ~ 25 C/cm2
ro+rTi = 1.96Å O-Ti = 2.005Å
• 热释电体 (Pyroelectrics): 具有自 发极化的晶体--极性晶 体
• 热释电效应: dPi = pi dT (i = 1,2,3)
• pi ----热释电系数, 单位: C/m2.K
• 大多数晶体的Ps随温度 的增加而下降,热释点 系数为负
• 在热释电体中, 高度极化状态, Ps 很高, 外场难以改变Ps方向
Байду номын сангаас
• 少数, 在 E 作用下 Ps 可重新定向----铁电体
• 铁电体 (Ferroelectrics) : Ps
•
E Ps 重行定向-----铁电体的最重要判
• 离子位移极化, 101210-13s, 微波频段， I = a3
• 偶极子取向极化, = 02/3KT
• 空间电荷极化
• 自发极化：在某些极性晶体中, E ＝ 0 P，
• 如: 在钙钛矿结构中，自发极化 起因于[BO6]中中心离子的位移
• 极性点群: 1, 2, m, 2mm, 4, 4mm, 3, 3m, 6, 6mm
Physical effect Applications
• High permittivity Capacitors (MLCs) • Polarization reversal Ferroelectric film memory • Pyroelectricity Pyroelectric sensors/detectors • Electrooptic effect Electrooptic devices • Piezoelectricity Piezoelectric/electrostrictive
transducers • PTC effect PTC thermistors
Typical ferroelectric ceramics
• BT Barium titanate • PZT Lead zirconate titanate • PLZT Lead lanthanum zirconate titanate • PMN Lead magnesium niobate • PT Lead titanate • PZN Lead zinc niobate • PZST Lead stannate zirconate titanate • PZ Lead zirconate • BST Barium strontium titanate
第一章 铁电陶瓷材料及应用
Developmental History of Ferroelectrics
1940s Birth of ferroelectric ceramics (BaTiO3) 1950s PZT piezoelectric ceramics developed
PTC effect in BaTiO3 ceramics 1960s Transparent electro-optic PLZT ceramics 1970s The engineered ferroelectric cpmposites 1980s PMN relaxor ceramics
32 S y m m e try Point Groups
21 Noncentrosymmetric
11 Centrosymmetric (non-piezoelectric)
20 P ie z o e le c tric P o la riz e d u n d e r s tre s s
10 P y ro e le c tric S p o n ta n e o u s ly p o la riz e d
§1.1 铁电体的基本物理特性
1 自发极化与铁电体
• 诱导极化：E≠0 P
基本介电关系 各向同性的线性电介质, P = 0E, ---电介质的极化 率 D = 0E+P, 适用于各类电 介质 D = E, 适用于各向同性线 性电介质
电极化的微观机制
• 电子位移极化, 响应 时间10-1410-16s 可 见光频段, e a3
据------铁电体具有许多独特性质的主要原因
• 铁电体是热释电体的一个亚族
• 压电体 (Piezoelectrics) : 非对称中心
• 极性晶体一定不具对称中心
• Ferroelectrics < Pyroelectrics < Piezoelectrics < Dielectrics
Interrelationship of piezoelectric and subgroups on the basis of symmetry
S u b g ro u p F e rro e le c tric S p o n ta n e o u s ly p o la riz e d P o la riz a tio n re v e rs ib le
2 铁电体的分类
• 按结晶学分类
(a) 氢键晶体，如 KDP, RS 结构特征：[PO4]，软铁电体 (b) 双氧化物晶体，如 BT, PT, 结构特点：[TiO6], 硬铁电体
Ferroelectric films prepared by sol-gel techniques 1990s Strain-amplified actuators (Moonie devices, RAINBOW actuators)
The integrated ferroelectric ilms on silicon Relaxor single-crystal materials Giant electrostrictive relaxor ferroelectric copolymers
• 按极性轴数目分类
(a) 单轴铁电体， 如 RS, KDP, LN, 自发极化强度平行或反平行于极化轴 (b) 多轴铁电体， 如 BT, Cd2Nb2O7
• 一般, 铁电体, Ps = 0.1-100C/cm2 • BaTiO3 Ps ~ 25 C/cm2
ro+rTi = 1.96Å O-Ti = 2.005Å
• 热释电体 (Pyroelectrics): 具有自 发极化的晶体--极性晶 体
• 热释电效应: dPi = pi dT (i = 1,2,3)
• pi ----热释电系数, 单位: C/m2.K
• 大多数晶体的Ps随温度 的增加而下降,热释点 系数为负
• 在热释电体中, 高度极化状态, Ps 很高, 外场难以改变Ps方向
Байду номын сангаас
• 少数, 在 E 作用下 Ps 可重新定向----铁电体
• 铁电体 (Ferroelectrics) : Ps
•
E Ps 重行定向-----铁电体的最重要判
• 离子位移极化, 101210-13s, 微波频段， I = a3
• 偶极子取向极化, = 02/3KT
• 空间电荷极化
• 自发极化：在某些极性晶体中, E ＝ 0 P，
• 如: 在钙钛矿结构中，自发极化 起因于[BO6]中中心离子的位移
• 极性点群: 1, 2, m, 2mm, 4, 4mm, 3, 3m, 6, 6mm
Physical effect Applications
• High permittivity Capacitors (MLCs) • Polarization reversal Ferroelectric film memory • Pyroelectricity Pyroelectric sensors/detectors • Electrooptic effect Electrooptic devices • Piezoelectricity Piezoelectric/electrostrictive
transducers • PTC effect PTC thermistors
Typical ferroelectric ceramics
• BT Barium titanate • PZT Lead zirconate titanate • PLZT Lead lanthanum zirconate titanate • PMN Lead magnesium niobate • PT Lead titanate • PZN Lead zinc niobate • PZST Lead stannate zirconate titanate • PZ Lead zirconate • BST Barium strontium titanate
第一章 铁电陶瓷材料及应用
Developmental History of Ferroelectrics
1940s Birth of ferroelectric ceramics (BaTiO3) 1950s PZT piezoelectric ceramics developed
PTC effect in BaTiO3 ceramics 1960s Transparent electro-optic PLZT ceramics 1970s The engineered ferroelectric cpmposites 1980s PMN relaxor ceramics
32 S y m m e try Point Groups
21 Noncentrosymmetric
11 Centrosymmetric (non-piezoelectric)
20 P ie z o e le c tric P o la riz e d u n d e r s tre s s
10 P y ro e le c tric S p o n ta n e o u s ly p o la riz e d
§1.1 铁电体的基本物理特性
1 自发极化与铁电体
• 诱导极化：E≠0 P
基本介电关系 各向同性的线性电介质, P = 0E, ---电介质的极化 率 D = 0E+P, 适用于各类电 介质 D = E, 适用于各向同性线 性电介质
电极化的微观机制
• 电子位移极化, 响应 时间10-1410-16s 可 见光频段, e a3
据------铁电体具有许多独特性质的主要原因
• 铁电体是热释电体的一个亚族
• 压电体 (Piezoelectrics) : 非对称中心
• 极性晶体一定不具对称中心
• Ferroelectrics < Pyroelectrics < Piezoelectrics < Dielectrics
Interrelationship of piezoelectric and subgroups on the basis of symmetry
S u b g ro u p F e rro e le c tric S p o n ta n e o u s ly p o la riz e d P o la riz a tio n re v e rs ib le
2 铁电体的分类
• 按结晶学分类
(a) 氢键晶体，如 KDP, RS 结构特征：[PO4]，软铁电体 (b) 双氧化物晶体，如 BT, PT, 结构特点：[TiO6], 硬铁电体
Ferroelectric films prepared by sol-gel techniques 1990s Strain-amplified actuators (Moonie devices, RAINBOW actuators)
The integrated ferroelectric ilms on silicon Relaxor single-crystal materials Giant electrostrictive relaxor ferroelectric copolymers
• 按极性轴数目分类
(a) 单轴铁电体， 如 RS, KDP, LN, 自发极化强度平行或反平行于极化轴 (b) 多轴铁电体， 如 BT, Cd2Nb2O7