钙钛矿结构及相关功能材料介绍PPT(60张)
钙钛矿ppt范文
钙钛矿ppt范文第一页：标题：钙钛矿的结构与性质第二页：1.什么是钙钛矿？-钙钛矿是一种具有ABX3晶体结构的材料。
-其中，A位是钙钛矿结构的阳离子，B位是典型的过渡金属离子，X 位是典型的卤素离子。
-钙钛矿的特点是具有良好的光电转换效率和较高的吸光系数。
第三页：2.钙钛矿的结构-钙钛矿的晶体结构为ABX3，其中A位为有机阳离子，B位为金属阳离子，X位为卤素阴离子。
-钙钛矿晶体结构中，A位与B位之间有一个无机钙钛矿层。
-钙钛矿晶体结构中，A位和B位之间的正离子和负离子分别通过包含有机阳离子的晶格壳层进行分隔。
第四页：3.钙钛矿的制备方法-溶液法：通过将金属硝酸盐和有机酸溶液在适当温度下混合，形成钙钛矿溶液，再通过旋涂、退火等步骤形成薄膜。
-气相沉积法：通过在高温下将金属有机化合物蒸发，使其与气相中的卤素发生反应，生成钙钛矿晶体。
-离子溶胶凝胶法：通过将金属离子与络合剂溶解在有机溶剂中，形成溶胶，再通过凝胶化、干燥等步骤形成钙钛矿薄膜。
第五页：4.钙钛矿的光电性能-钙钛矿具有较高的吸光系数，能有效吸收太阳光谱范围内的光线。
-钙钛矿的电子传输率和载流子迁移率较高，有利于电荷的分离和传输。
-钙钛矿的光电转换效率较高，目前已超过25％。
第六页：5.钙钛矿的应用前景-钙钛矿可用于太阳能电池、光电探测器、光电催化等领域。
-钙钛矿太阳能电池具有高效率、低成本、可弯曲等特点，是光伏领域的热门研究方向。
-钙钛矿可能应用于光电催化反应，具有优异的光催化性能。
第七页：结论：-钙钛矿具有优异的光电转换效率和发展潜力。
-通过不同的制备方法，可以制备出具有良好性能的钙钛矿薄膜和晶体。
-钙钛矿在太阳能电池、光电探测器、光电催化等领域具有广阔的应用前景。
钙钛矿结构及其制备方法 ppt课件
的高标准排放的催化载体。
１５－３０、氧化铁０－０．５％及小于
３％的钾、钠和钙；。
催化剂后可达到更好的尾气净化功能，它 ５－５５、氧化铁０．５－１％及小于３
比起其它材料制作的蜂窝载体具有成品率 ％的钾、钠和钙；所述滑石粉含有镁２５
高、更高的抗热震性能、导热快、强度高、 －３５％，氧化硅５０－６５％、氧化铁
吸水率高、易于涂覆均匀、涂覆量高、将 ０－０．５％、氧化铝０－１５％、；所
少涂覆次数、使用寿命长等，是目前理想 述长石含有氧化铝３５－６５％、氧化硅
过渡金属原子半径
发明专利名称：
一种催化净化CO、NOX、HC的稀有过渡金属催化
专利号：ZL 2009 1 0114068.1
技术简要说明: 本发明公开了一种催化净化CO、NOx、HC 的稀有过渡金属催化剂。目前，利用贵金 属和γ－氧化铝的载体作用，对废气中的有 害物质进行催化净化，存在着在高温下γ－ 氧化铝载体会向α－氧化铝转化而呈现中毒 状态；使用钯、铂、铑等贵金属作为催化 剂，其成本过于昂贵问题。而本发明提供 了一种稀有过渡金属催化剂，克服现有催 化净化剂中氧化铝高温下易失效，并需要 贵金属的不足之处。本发明具备“储氧功 能”，“抗毒性功能”，“结构稳定功 能”，具有活性高、热稳定性好、抗老化、 使用寿命长，特别是具有抗铅中毒的特点 及一定范围内加大涂覆量，其催化净化效 果会随涂覆量的增加而提高的特点。其催 化、净化处理量达９０％以上，特别是对 ＣＯ的处理净化可达１００％。
发明专利名称：
以红柱石为主成份的发动机尾气催化蜂窝载体及制备方法
专利号：2
主权利要求：
ห้องสมุดไป่ตู้
技术简要说明:
以红柱石为主成份的发动机尾气催化蜂窝
钙钛矿结构及相关功能材料
钙钛矿结构及相关功能材料1. 引言钙钛矿是一类特殊的晶体结构，具有广泛的应用前景和研究价值。
钙钛矿结构的重要性主要体现在其独特的物理、化学和电学性质上。
本文将介绍钙钛矿结构的基本特征、相关功能材料的制备方法以及其在能源、光电子和催化等领域的应用。
2. 钙钛矿结构的基本特征钙钛矿结构是一种典型的ABX3型结构，其中A、B和X分别代表阳离子、阳离子和阴离子。
该结构是由A阳离子组成的立方最密堆积结构，B阳离子和X阴离子占据随机分布的氧化物八面体中的位置。
钙钛矿结构具有以下几个基本特征：•对称性：钙钛矿结构属于立方晶系，空间群通常为Pm-3m。
•阴离子配位方式：X阴离子以八面体配位方式与B阳离子相连。
•离子半径比：钙钛矿结构中，通常要求A 阳离子半径小于B阳离子半径且A离子与八面体中心的距离不能大于氧离子半径。
•构型：钙钛矿结构中的A和B阳离子可存在不同的取代位点，从而形成不同的构型。
3. 钙钛矿结构相关功能材料的制备方法钙钛矿结构相关功能材料广泛应用于能源、光电子和催化等领域。
钙钛矿结构的制备可以通过以下几种方法实现：3.1 水热合成法水热合成是一种常用的制备钙钛矿结构材料的方法。
该方法通常在高温高压的水溶液体系下进行，通过调节反应条件和反应物的配比来控制产物的结构和形貌。
水热合成法制备的钙钛矿结构材料具有晶体质量好、尺寸均一的特点。
3.2 溶剂热法溶剂热法是一种通过溶剂中的热效应来促进反应的方法。
该方法通常将反应物溶解在有机溶剂中，然后在高温下进行反应。
溶剂热法制备的钙钛矿结构材料具有高晶化度和尺寸可控性。
3.3 气相沉积法气相沉积法是一种通过在气相中沉积原子或分子来制备薄膜材料的方法。
该方法通常通过化学气相沉积或物理气相沉积来制备钙钛矿结构的薄膜材料。
气相沉积法制备的钙钛矿结构材料具有较好的薄膜质量和厚度可控性。
4. 钙钛矿结构相关功能材料的应用钙钛矿结构材料由于其独特的物理和化学性质，在能源、光电子和催化等领域有广泛的应用。
第二章钙钛矿结构及相关功能材料-PPT精选文档
例：由热运动引起的自发极化
自发极化主要是由晶体中某些离子偏离了平衡位置，使单位晶胞 中出现了偶极矩，偶极矩之间的相互作用使偏离平衡位置的离子 在新的位置上稳定下来，同时晶体结构发生了畸变。 BaTiO3：钙钛矿型结构 立方晶系（大于120 oC） ：
和半径条件，都是具有钙钛矿结构的化合物。 在La2/3Ca1/3MnO3中，低价态Ca的掺入，使得Mn采取+3和+4的
混合价态，从而满足钙钛矿结构的电价要求。在Ca2CaUO6中， 有1/3的Ca与U交替占据钙钛矿型晶格的B位。在Ba2Bi2O6中，有 一半Bi原子为+3价，另一半为+5价。
3）功能特性的起源
A、O离子半径比较相近，A与O离子共同构成立方密堆积。
6.
7.
正、负离子电价之间应满足电中性原则，A、B位正离子电 价加和平均为(+6)便可。
由于容差因子 t 范围很宽及A、B离子电价加和为(+6)便可， 使结构有很强的适应性，可用多种不同半径及化合价的正 离子取代A位或B位离子。 简单的：A1+B5+O3，A2+B4+O3，A3+B3+O3
钙 钛 矿 晶 体 结 构
B O
A
钙钛矿结构中基本的 (AO3)4- (111) 面的密堆层
2）结构特点：
1. 氧八面体共顶点连接，组成三维网络，根据Pauling 的配位多面体连接规则，此种结构比共棱、共面连 接稳定。 2. 共顶连接使氧八面体网络之间的空隙比共棱、共面 连接时要大，允许较大尺寸离子填入，即使产生大 量晶体缺陷，或者各组成离子的尺寸与几何学要求 有较大出入时，仍然能够保持结构稳定；并有利于 氧及缺陷的扩散迁移。 3. 钙钛矿结构中的离子半径匹配应满足下面关系式：
2020年钙钛矿结构及相关功能材料(PPT60页)参照模板可编辑
介电体 压电体 热释电体
铁电体
MO2 分子的极化过程示意图
化合物要具有好的铁电性能，需要满足以下条件：
必须具有改变原子相对位置的柔性基本结构，该结构应能灵活的改变原子相 对位置。
有一个轻微变形的晶体结构（某一方向），该结构中正负电荷中心不重合， 即晶体沿一个方向有极化。
c≠a
c=a
c≠a
钙钛矿结构化合物对于铁电体来说正是这样一种好的结构。 因为：
主要应用
电声器：扬声器、送话筒、 水下通讯和探测：水声换能器、鱼群探测器 雷达中的陶瓷表面波器件 通讯设备：陶瓷滤波器 精密测量：压力计 红外技术：红外热电探测器 高压电源：变压器 高密度信息存储
2.3 钙钛矿系庞磁阻(CMR)材料
CMR：Colossal Magneto-resistance
巨磁电阻效应（Giant Magneto-resistance，GMR）
由于畸变，使一些钙钛矿晶体结构中正、负电荷中 心不重合，即晶胞中产生偶极矩，产生自发极化。
2.2.2 压电和热释电效应
在机械应力的作用下介质发生 极化，形成晶体表面电荷的效 应称为压电效应。
反之，当外加电场于晶体，晶 体发生形变的效应称为逆压电 效应。逆压电效应也称电致伸 缩效应。这样的性质称为晶体 的压电性。具有压电效应的晶 体称为压电体。
斜方晶系 ( 111）方向↓←- 80 oC
三方晶系
立方晶系
Ps 斜方晶系
Ps 四方晶系
Ps 三角晶系
BaTiO3单晶的介电常数与温度的关系
2. BaTiO3自发极化产生的原因：
Ti4+－O2-间距大（2.005A），故氧八面体间隙大, 因而Ti4+ 离子能在氧八面体中震动。
钙钛矿结构及相关功能材料(1)ppt下载
2.2 压电及铁电材料
2.2.1 电介质的极化
电极化：电介质在外电场作用下，介质内的正负电荷重心 发生分离，形成电偶极子的过程。或在外电场作用下，正、 负电荷尽管可以逆向移动，但它们并不能挣脱彼此的束缚 而形成电流，只能产生微观尺度的相对位移并使其转变成 偶极子的过程。
自发极化：在无外电场作用的时候，晶体的正负电荷中心 不重复而呈现电偶极矩的现象称为自发极化。在这类晶体 的晶胞内存在固有电矩，通常将这类晶体称为极性晶体。
4. t=0.77~1.1之间时，ABO3化合物为钙钛矿结构；t < 0.77 时， 以铁钛矿形式存在；t>1.1时，以方解石或文石型存在。
5. A、O离子半径比较相近，A与O离子共同构成立方密堆积。
6. 正、负离子电价之间应满足电中性原则，A、B位正离子电 价加和平均为(+6)便可。
7. 由于容差因子 t 范围很宽及A、B离子电价加和为(+6)便可， 使结构有很强的适应性，可用多种不同半径及化合价的正 离子取代A位或B位离子。
铁电体的极化强度P与外电场E之间存在电滞回线， 因而，可用 是否存在电滞回线来判断是否是铁电体。
铁电晶体中存在着自发极化方向不 同的小区域，那些自发极化方向相 同的区域称为电畴。
对于自发极化而言，从宏观统计 来看，晶体中存在着各个方向的 自发极化和电畴，它们相互抵消， 宏观上对外不呈现极性。
3）功能特性的起源
正离子和/或负离子偏离 化学计量
正离子构型畸变 混合价
O2-
Ti4+
Ca2+
以上均可以通过对基本化学相进行正离子掺杂来实现。而钙钛矿结 构中，金属正离子几乎可以不受数量的限制进行复合、还原、再氧 化产生非化学计量，及通过控制有序氧空位的数量可实现高氧离子 可动性或者改变其电磁性能。
钙钛矿结构及相关功能材料
钙钛矿结构及相关功能材料钙钛矿结构（perovskite structure）是一种具有ABX3化学式的晶体结构，其中A占据正方体坐标，B占据八面体坐标，而X则位于它们之间的隙间。
这种结构在自然界中不常见，但具有非常丰富的物理和化学性质，因此成为研究的热点之一、钙钛矿结构材料因其独特的光电性能而备受关注，并广泛应用于太阳能电池、光电器件、催化剂等功能材料中。
首先，钙钛矿太阳能电池已经成为研究领域的热点之一、钙钛矿材料因其较高的光吸收系数、良好的载流子迁移率和较低的制备成本而成为新一代太阳能电池的候选材料。
通过调控钙钛矿结构中的A、B和X离子的组成和存在状态，可以调整材料的能带结构和光学性能，从而实现对电池效率的提高。
例如，将有机阳离子引入到钙钛矿结构中，可以提高光电转化效率。
此外，还可以通过掺杂、表面修饰和界面工程等手段进一步优化光电器件的性能。
其次，钙钛矿材料在光电器件领域中具有广泛的应用。
由于其较高的光吸收系数和优异的载流子迁移性能，钙钛矿材料被广泛应用于光电传感器、光探测器和光电调制器等器件中。
此外，钙钛矿材料还可以在光催化和水分解领域中发挥重要作用。
由于其良好的光催化性能和较高的光吸收能力，钙钛矿材料可以作为催化剂用于可见光催化反应，例如水分解制氢和有机污染物的降解等。
钙钛矿材料还具有良好的电子输运性能和光学性质，因此在光电子器件中具有广泛的应用前景。
例如，在光电子逻辑门和集成电路领域，钙钛矿材料可作为场效应晶体管和光控晶体管的材料，以实现高速、低功耗的光电转换。
此外，由于其较高的载流子迁移率和较高的荧光量子效率，钙钛矿材料还可以应用于荧光显示、照明和显示器领域。
需要指出的是，尽管钙钛矿材料在太阳能电池、光电器件和催化剂领域具有巨大的应用潜力，但该类材料的稳定性和制备工艺仍然是不可忽视的问题。
当前，研究人员正在通过掺杂、界面修饰和结构优化等方法解决这些问题，并不断提高材料的稳定性和可靠性。
钙钛矿结构及相关功能材料介绍(PPT60页)
2.1 钙钛矿结构（Perovskite）
当前压电、超导、磁电阻、催化、离子导 体等多种功能材料中，具有钙钛矿结构的 材料占重要比例，因此钙钛矿结构材料也 是当前材料科学研究领域的热点之一。
1）钙钛矿结构
钙钛矿结构通式可用ABO3来表
达，晶体结构为立方晶系，是一
Ca2+
种复合金属氧化物。
O2-
典型的钙钛矿结构材料为CaTiO3
•
钛离子的半径： 0.64
• ° • 钛离子处于氧八面体中，
• • 两个氧离子间的空隙为：4.01－2× 1.32= 1.37
钛离子的直径：2× 0.64= 1.28
钙钛矿降温过程中结构 畸变，对称性下降：
如果在一个轴向发生畸 变（如c轴伸长或缩短） 四方晶系
如果在两个轴向发 生畸变 正交晶系 若沿体对角线[111] 方向发生畸变 三 方晶系菱面体格子
铁电体的极化强度P与外电场E之间存在电滞回线， 因而，可用 是否存在电滞回线来判断是否是铁电体。
铁电晶体中存在着自发极化方向不 同的小区域，那些自发极化方向相 同的区域称为电畴。
对于自发极化而言，从宏观统计 来看，晶体中存在着各个方向的 自发极化和电畴，它们相互抵消， 宏观上对外不呈现极性。
热释电效应：具有自发极化的 晶体在温度发生变化，其极化 状态的发生改变，使电介质对 外显电性。
2.2.3 铁电性
自发极化的方向可以随着外加电场的方向改变而改变，从而使 这种晶体具有铁电性，该晶体称为铁电晶体。钙钛矿(ABO3) 型 铁电体是为数最多的一类铁电体。
在一定温度范围内，铁电体必然是压电体，而压电体则不一定 是铁电体。
O2-
Ti4+
Ca2+
有机无机钙钛矿材料ppt课件
10
二、有机-无机杂化钙钛矿结构
介电约 束效应 联合作用
量子约 束效应
较大的激子结合能
调节无机和
强的室温光致发光特性 有机的组分
较高的载流子迁移率
非线性光学效应…
在光电领域 的巨大应用 前景
11
三、有机-无机杂化钙钛矿材料的性能
特 殊
载流子迁移率高、
扩散长度长
应
的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
光吸收能力强
用
杂
发光效率高
广
化 结
能带工程
泛
构
制备工艺低成本
12
二、有机-无机杂化钙钛矿的应用
钙钛矿
%
年份 几种薄膜太阳能电池光电转换效率近20年来的提升情况
14
二、有机-无机杂化钙钛矿的应用
钙钛矿太阳能电池结构
电极 传输电子，阻碍空穴 钙钛矿吸收层（300 nm） 传输空穴，阻碍电子
空穴迁移层 导电玻璃
典型钙钛矿电池结构
15
二、有机-无机杂化钙钛矿的应用
钙钛矿太阳能电池工作原理
当钙钛矿吸收质吸收太阳光受激后，产生电子空穴对，激子在吸 收层运动至钙钛矿吸收层与电子传输层与空穴传输层后发生分,电 子注入电子传输层（阳极），空穴注入空穴传输层（阴极）,最后 经外部电路循环形成回路电流。
主讲人： 组员：
1
概述 结构 性能
应用
钙钛矿结构及相关功能材料
两个电子自旋角动量的矢量模型
如图，按经典矢量模型处理： Eex= -2As1s2 cos
当交换积分常数A为正时，交换能为最小值的条件是相邻原子间的电子自旋角 动量同向平行排列（=0，cos =1）。
当交换积分常数A为负（A<0）时，交换能为最小值的条件是相邻原子间的电 子自旋角动量反向平行排列（=180°，cos = 1）。
对于LaMnO3、BaMnO3、SrMnO3、CaMnO3、LaCoO3和SrCoO3化合物， Mn和Co分别有两种价态，Mn3+(或Co3+)离子之间、Mn4+(或Co4+)离子之 间为负磁性交换作用，因此正常情况下它们都是磁绝缘体和反铁磁性。
但Mn3+和Mn4+离子之间有一正的强交换作用，如果LaMnO3和BaMnO3、 LaMnO3 和SrMnO3、 LaMnO3 和CaMnO3分别混合，形成(La1-xA’x)MnO3 固溶体(A为2价离子)，该化合物将具有铁磁性。原因在于Mn3+和Mn4+离 子之间的正的磁交换作用。
T>120℃，Ti4+处在各方几率相同（偏离中心的几率为零）， 对称性高，顺电相。
T<120℃ Ti4+由于热涨落，偏离一方，形成偶极矩，按氧八 面体三组方向相互传递耦合，形成自发极化电畴。
2.2.5 压电材料及其应用
由于纯的钛酸钡居里点低、使用温度范围窄等 缺点，人们发展了一系列改性的钛酸钡材料。 如采用离子置换法或添加杂质，能改善钛酸钡 的特性，某些置换离子能使其第一居里点升高、 第二居里点降低，大大扩展了其使用温度范围。
O2-
Ti4+
Ca2+
O2-和半径较大的Ca2+共同组成立方紧密堆积(面心结构)，Ti4+填充在 位于体心的八面体间隙中。
钙钛矿结构及其制备方法PPT课件
明配方包括了红柱石、高岭土、滑石粉、 滑石５－２０％、长石５－１０％；上述
长石粉，主要利用了红柱石在加热转化成 原料均指的是粉碎度为１５０－８００目
莫来石的过程中，可以形成良好的莫来石 的细粉；所述红柱石含有氧化铝３５－６
网络，体积膨胀约４％的特点制备而成。 ５％、氧化硅３５－４３、氧化铁０．５
用本发明方法制备的催化蜂窝载体，可拦 －１％及小于３％的钾、钠和钙；所述高
少涂覆次数、使用寿命长等，是目前理想 述长石含有氧化铝３５－６５％、氧化硅
的高标准排放的催化载体。
１５－３０、氧化铁０－０．５％及小于
３％的钾、钠和钙；。
32
33
34
35
36
2019/10/24
37
31
发明专利名称：
以红柱石为主成份的发动机尾气催化蜂窝载体及制备方法
专利号：201010189927
主权利要求：
技术简要说明:
以红柱石为主成份的发动机尾气催化蜂窝
本发明公开了一种以红柱石为主成份的发 载体，包括下述重量百分比的原料：红柱
动机尾气催化蜂窝载体及制备方法。本发 石５０－８０％、高岭土１０－３０％、
钙钛矿型化合物的应用存在两大关键，
一是如何获得较大的比表面，二是需要在高温下焙烧合成 (>1073K)[。
15
到目前为止，钙钛矿型催化剂在汽车尾气净化方面还 没有得到实际应用，但是人们已积累了大量有关这类 材料的物理和固态化学性质的信息，所取得的成果是 丰富的和令人鼓舞的。钙钛矿型复合氧化物的化学特 性可以概括为：1)几乎所有的稳定元素都可以进入 ABO3晶格，形成钙钛矿结构；2)处于A位和B位的阳 离子都可以被部分取代；3)化合价、化合比和晶格空 位可以在较大的范围内变化和控制；4)对缺陷氧和过 量氧能够起到稳定作用，因而稳定了不寻常价态离子； 5)少量贵金属的加入可以提高催化活性。这些性质使 得这类化合物在结构材料、耐火材料、电子材料、磁 性材料、催化材料等方面具有广泛的用途。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2.2.3 铁电性
自发极化的方向可以随着外加电场的方向改变而改变，从而使 这种晶体具有铁电性，该晶体称为铁电晶体。钙钛矿(ABO3) 型 铁电体是为数最多的一类铁电体。
在一定温度范围内，铁电体必然是压电体，而压电体则不一定 是铁电体。
O2-
Ti4+
Ca2+
O2-和半径较大的Ca2+共同组成立方紧密堆积(面心结构)，Ti4+填充在 位于体心的八面体间隙中。
A
钙B 钛 矿 晶O 体 结 构
钙钛矿结构中基本的 (AO3)4- (111) 面的密堆层
2）结构特点：
1. 氧八面体共顶点连接，组成三维网络，根据Pauling 的配位多面体连接规则，此种结构比共棱、共面连 接稳定。
2. 共顶连接使氧八面体网络之间的空隙比共棱、共面 连接时要大，允许较大尺寸离子填入，即使产生大 量晶体缺陷，或者各组成离子的尺寸与几何学要求 有较大出入时，仍然能够保持结构稳定；并有利于 氧及缺陷的扩散迁移。
3. 钙钛矿结构中的离子半径匹配应满足下面关系式：
RA RO 2(RB RO ) t
(A1-xAx)(B1-yBy)O3
3）功能特性的起源
正离子和/或负离子偏离 化学计量
正离子构型畸变 混合价
O2-
Ti4基本化学相进行正离子掺杂来实现。而钙钛矿结 构中，金属正离子几乎可以不受数量的限制进行复合、还原、再氧 化产生非化学计量，及通过控制有序氧空位的数量可实现高氧离子 可动性或者改变其电磁性能。
5. A、O离子半径比较相近，A与O离子共同构成立方密堆积。
6. 正、负离子电价之间应满足电中性原则，A、B位正离子电 价加和平均为(+6)便可。
7. 由于容差因子 t 范围很宽及A、B离子电价加和为(+6)便可， 使结构有很强的适应性，可用多种不同半径及化合价的正 离子取代A位或B位离子。
简单的：A1+B5+O3，A2+B4+O3，A3+B3+O3 复杂的：A(B1-xBx)O3, (A1-xAx)BO3,
例：由热运动引起的自发极化
自发极化主要是由晶体中某些离子偏离了平衡位置，使单位晶胞 中出现了偶极矩，偶极矩之间的相互作用使偏离平衡位置的离子 在新的位置上稳定下来，同时晶体结构发生了畸变。
BaTiO3：钙钛矿型结构
• ° • 立方晶系（大于120 oC） ：
• • 晶胞常数：a = 4.01A
氧离子的半径：1.32A
式中RA、RB、RO分别代表A、B、O的离子半径，t 称为容差因子（Tolerance Factor）。t =1时为理想的结构，此时A、B、O离子相互接触。理想结构只有 在t接近1或高温情况下出现。
4. t=0.77~1.1之间时，ABO3化合物为钙钛矿结构；t < 0.77 时， 以铁钛矿形式存在；t>1.1时，以方解石或文石型存在。
•
钛离子的半径： 0.64
• ° • 钛离子处于氧八面体中，
• • 两个氧离子间的空隙为：4.01－2× 1.32= 1.37
钛离子的直径：2× 0.64= 1.28
钙钛矿降温过程中结构 畸变，对称性下降：
如果在一个轴向发生畸 变（如c轴伸长或缩短） 四方晶系
如果在两个轴向发 生畸变 正交晶系 若沿体对角线[111] 方向发生畸变 三 方晶系菱面体格子
铁电体的极化强度P与外电场E之间存在电滞回线， 因而，可用 是否存在电滞回线来判断是否是铁电体。
铁电晶体中存在着自发极化方向不 同的小区域，那些自发极化方向相 同的区域称为电畴。
钙钛矿结构及相关功能材料介绍PPT(6 0张)培 训课件 培训讲 义培训 教材工 作汇报 课件PP T
对于自发极化而言，从宏观统计 来看，晶体中存在着各个方向的 自发极化和电畴，它们相互抵消， 宏观上对外不呈现极性。
1）钙钛矿结构
钙钛矿结构通式可用ABO3来表
达，晶体结构为立方晶系，是一
Ca2+
种复合金属氧化物。
O2-
典型的钙钛矿结构材料为CaTiO3
Ti 4+
A 位离子：一般为碱土或稀土离
子rA > 0.090nm
B 位离子，一般为过渡金属离子
rB > 0.051nm
以CaTiO3为例讨论其配位关系
结构描述 Ca2+ 位置 O2- 位置 Ti4+ 位置 CNCa2+ = 12 (O) CNO2- = 6 (4A+2B) CNTi4+ = 6 (O)
参考书目：王中林，康振川。功能与智能材料-结构演化与结
构分析，科学出版社，2002（第三章）
第二章 钙钛矿结构及相关功能材料
2.1 钙钛矿结构 2.2 压电及铁电材料 2.3 巨磁阻及庞磁阻效应 2.4 其它应用
2.1 钙钛矿结构（Perovskite）
当前压电、超导、磁电阻、催化、离子导 体等多种功能材料中，具有钙钛矿结构的 材料占重要比例，因此钙钛矿结构材料也 是当前材料科学研究领域的热点之一。
2.2 压电及铁电材料
2.2.1 电介质的极化
电极化：电介质在外电场作用下，介质内的正负电荷重心 发生分离，形成电偶极子的过程。或在外电场作用下，正、 负电荷尽管可以逆向移动，但它们并不能挣脱彼此的束缚 而形成电流，只能产生微观尺度的相对位移并使其转变成 偶极子的过程。
自发极化：在无外电场作用的时候，晶体的正负电荷中心 不重复而呈现电偶极矩的现象称为自发极化。在这类晶体 的晶胞内存在固有电矩，通常将这类晶体称为极性晶体。
外电场作用时，沿电场方向极化 畴长大，逆电场方向的畴消失， 其它方向分布的电畴转到电场方 向，极化强度随外加电场的增加 而增加，一直到整个结晶体成为 一个单一的极化畴为止。如再继 续增加电场只有电子与离子的极 化效应，和一般电介质一样。
由于畸变，使一些钙钛矿晶体结构中正、负电荷中 心不重合，即晶胞中产生偶极矩，产生自发极化。
2.2.2 压电和热释电效应
在机械应力的作用下介质发生 极化，形成晶体表面电荷的效 应称为压电效应。
反之，当外加电场于晶体，晶 体发生形变的效应称为逆压电 效应。逆压电效应也称电致伸 缩效应。这样的性质称为晶体 的压电性。具有压电效应的晶 体称为压电体。