铁电体材料理论及性综述ppt课件
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铁电材料PPT幻灯片课件
读写过程不需要大电场， 在读后也不需重写。设计 简单。
18
压电陶瓷
声马达是压电陶瓷应用中一个 引人注目的新领域,它是利用压 电陶瓷的逆压电效应,直接把电 能转换成机械能输出而无需电 磁线圈的新型电机，与普通电 磁马达相比，它具有结构简单 、启动快、体积小、功耗低等 特点。另外，由于它是从电能 直接转换为机械能而不通过磁 电转换，因此，不产生磁干扰 也不怕磁干扰。
，擦写次数低,写数据功耗大等缺点。
16
FeRAM器件结构
17
铁电存储器（MFSFET）
MFS(Metal Ferroelectric –Semiconductor )FET
在MOS中用铁电薄膜（F） 代替二氧化硅栅氧化物薄 膜（O）构成MFSFET场 效应管
由于极化滞后，漏电流展 现两种状态：开，关
Kbit和1Mbit等密度。
非易失性记忆体掉电后数据不丢失。可
是所有的非易失性记忆体均源自ROM技术。
你能想象到,只读记忆体的数据是不可能修改
的。所有以它为基础发展起来的非易失性记
忆体都很难写入，而且写入速度慢，它们包
括EPROM（现在基本已经淘汰）,EEPROM
和Flash，它们存在写入数据时需要的时间长
10
ABO3型钙钛矿晶胞结构
11
铁电材料的分类
（1）结晶化学分类
含有氢键的晶体：磷酸二氢钾（KDP）、三甘氨酸硫酸盐（TGS）、罗息盐
（RS）等。这类晶体通常是从水溶液中生长出来的，故常被称为水溶性铁电体，
又叫软铁电体；
（Li2双O氧-N化b2物O晶5）体等：，如这B类aT晶iO体3（是B从aO高-T温iO熔2）体、或K熔N盐bO中3（生K长2出O-来N的b2，O5又）称、为L硬iNb铁O电3 体．它们可以归结为ABO3型，Ba2+，K+、Na+离子处于A位置，而Ti4+、Nb6+、 Ta6+离子则处于B位置。
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压电陶瓷
声马达是压电陶瓷应用中一个 引人注目的新领域,它是利用压 电陶瓷的逆压电效应,直接把电 能转换成机械能输出而无需电 磁线圈的新型电机，与普通电 磁马达相比，它具有结构简单 、启动快、体积小、功耗低等 特点。另外，由于它是从电能 直接转换为机械能而不通过磁 电转换，因此，不产生磁干扰 也不怕磁干扰。
，擦写次数低,写数据功耗大等缺点。
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FeRAM器件结构
17
铁电存储器（MFSFET）
MFS(Metal Ferroelectric –Semiconductor )FET
在MOS中用铁电薄膜（F） 代替二氧化硅栅氧化物薄 膜（O）构成MFSFET场 效应管
由于极化滞后，漏电流展 现两种状态：开，关
Kbit和1Mbit等密度。
非易失性记忆体掉电后数据不丢失。可
是所有的非易失性记忆体均源自ROM技术。
你能想象到,只读记忆体的数据是不可能修改
的。所有以它为基础发展起来的非易失性记
忆体都很难写入，而且写入速度慢，它们包
括EPROM（现在基本已经淘汰）,EEPROM
和Flash，它们存在写入数据时需要的时间长
10
ABO3型钙钛矿晶胞结构
11
铁电材料的分类
（1）结晶化学分类
含有氢键的晶体：磷酸二氢钾（KDP）、三甘氨酸硫酸盐（TGS）、罗息盐
（RS）等。这类晶体通常是从水溶液中生长出来的，故常被称为水溶性铁电体，
又叫软铁电体；
（Li2双O氧-N化b2物O晶5）体等：，如这B类aT晶iO体3（是B从aO高-T温iO熔2）体、或K熔N盐bO中3（生K长2出O-来N的b2，O5又）称、为L硬iNb铁O电3 体．它们可以归结为ABO3型，Ba2+，K+、Na+离子处于A位置，而Ti4+、Nb6+、 Ta6+离子则处于B位置。
铁电功能材料PPT课件
A(B1+4，B2+4)O3型
Pb(Ti，Zr)O3， Ba(Ti，Zr)O3
1.3、 特 性
第五章 铁电功能材料
铁电晶体内自发极化一致的区域称为电 畴。铁电体中一般包含着多个电畴。两个 相邻电畴自发极化间的夹角可以为180˚或 90 ˚ ，分别称为180 ˚畴和90 ˚畴。
1、 电畴 ferroelectric domain 铁电体内自发极化相同的小区域称为电畴，～10μm； 电畴与电畴之间的交界称为畴壁 两种：90°畴壁和180°畴壁
第五章 铁电功能材料
• 电介质的极化有3种主要基本过程，即 材料中原子核外电子云畸变产生的电子极 化；分子中正、负离子相对位移造成的离 子极化和分子固有电矩在外电场作用下转 动导致的转向极化。
第五章 铁电功能材料
介质的极化特性与其晶体结构有着深刻的内在 联系。
按照其对称性，晶体可分为7大晶系，32种点 群，见书中表4-1。其中有20种点群不具有中心对 称，它们的电偶极矩可因弹性形变而改变，因而 具有压电性并称为压电体。在压电体中具有唯一 极轴（又称为自发极化轴）的10种点群可出现自 发极化，即在无外电场存在的情况下也存在电极 化。它们因受热产生电荷，故称为热释电体。在 这些极性晶体中，因外加电场作用而改变自发极 化方向的晶体便是铁电体。因此，凡是铁电体必 然是热释电体，而热释电体也必然是压电体。
S∝E2 这种效应称为电致伸缩效应。
与压电效应的区别：
压电效应产生的应变与电场成正 比，当电场反向时，应变改变符号， 即正向电场使试样伸长，反向电场使 试样缩短。
电致伸缩效应产生的应变与电场的 平方成正比，当电场反向时，应变不 改变符号，即无论正向电场或反向电 场均使试样伸长（缩短）。
铁电体材料理论及性综述PPT课件
三、典型材料与应用
1、BaTiO3陶瓷材料
BaTiO3 晶体结构有立方相、四方相、斜方相和 三方相等晶相，均属于钙钛矿型结构的变体，四方 相、斜方相和三方相为铁电相，立方相为顺电相。
＞120℃—立方晶 胞 6℃～120℃—四方晶胞
-90℃～6℃—斜方晶胞
＜-90℃—三方晶胞
三、典型材料与应用
1、BaTiO3陶瓷材料
主要汇报内容
1 铁电体材料相关概念 2 铁电体材料的特性 3 典型的材料和应用 4 MS在材料中的应用
一、铁电体材料相关概念
1、铁电材料发展历程
铁电体与铁磁体在许多性质上具有相应的平行类似 性，“铁电体”之名即由此而来，其实它的性质与 “铁”毫无关系。
早期在欧洲（如法国、德国）常称“铁电体”为 “薛格涅特电性”（Seignett-electricity）或“罗息 尔电性”（Rochell-electricity）。
一、铁电体材料相关概念
4. 铁电材料的钙钛矿结构
b 复合钙钛矿结构化合物
（A1 x1 A2x2）（B1y1B2y2）O3型
A1A2占据A位，满足条件： 其中：x1，x2分别为A1离子和A2离子化学计 量比:x1+x2=1
A位化合价= A1·x1+A2 ·x2=+2价
一、铁电体材料相关概念
4. 铁电材料的钙钛矿结构
一、铁电体材料相关概念
3、相关概念
（2）自发极化 spontaneous polarization
在没有外电场作用时，晶体中存在着由于电 偶极子的有序排列而产生的极化，称为自发极化。 在垂直于极化轴的表面上，单位面积的自发极化 电荷量称为自发极化强度。
（3）介电常数 dielectric constant
铁电体材料理论与性综述
1940年之后，以BaTiO3为代表的具有钙钛矿结 构的铁电材料陆续被发现，这是铁电历史上里程碑 式的时期。
一、铁电体材料相关概 念
1、铁电材料发展历程
70年代以来，研制成功透明铁电陶瓷，使得 铁电体的光学效应在更广阔的科技领域加以利用。
80年代以来，铁电薄膜的出现，被广泛应用 于制作铁电存储器使得铁电体的光学效应在更广 阔的科技领域加以利用。
一、铁电体材料相关概
4. 铁电材料的钙钛矿结构
念
钙钛矿结构以BaTiO3的结构为代表，许多铁电、 介电、压电、光电以及高温超导材料都具有钙钛矿 结构，如：
BaTiO3, PbZrO3 Pb(Zn1/3Nb2/3)O3，Pb(Mg1/3Nb2/3)O3 (Na1/2Bi1/2)TiO3，(K1/2Bi1/2)TiO3
一、铁电体材料相关概
4. 铁电材料的钙钛矿结构
念
b 复合钙钛矿结构化合物
（A1 x1 A2x2）（B1y1B2y2）O3型
A1A2占据A位，满足条件：
其中：x1，x2分别为A1离子和A2离子化学计 量比:x1+x2=1
A位化合价= A1·x1+A2 ·x2=+2价
一、铁电体材料相关概
4. 铁电材料的钙钛矿结构
ABO3型钙钛矿结构
一、铁电体材料相关概
4. 铁电材料的钙钛矿结构
念
a 简单钙钛矿结构化合物 ABO3型
A位：+2价阳离子，如Mg2+， Ca2+，Sr2+， Ba2+，Zn2+，Pb2+等
B位：+4价阳离子，如Ti4+，Zr4+等
典型化合物： BaTiO3 ， CaTiO3 ， SrTiO3 ， PbTiO3 ，ZnTiO3 ， BaZrO3 ， PbZrO3 等
一、铁电体材料相关概 念
1、铁电材料发展历程
70年代以来，研制成功透明铁电陶瓷，使得 铁电体的光学效应在更广阔的科技领域加以利用。
80年代以来，铁电薄膜的出现，被广泛应用 于制作铁电存储器使得铁电体的光学效应在更广 阔的科技领域加以利用。
一、铁电体材料相关概
4. 铁电材料的钙钛矿结构
念
钙钛矿结构以BaTiO3的结构为代表，许多铁电、 介电、压电、光电以及高温超导材料都具有钙钛矿 结构，如：
BaTiO3, PbZrO3 Pb(Zn1/3Nb2/3)O3，Pb(Mg1/3Nb2/3)O3 (Na1/2Bi1/2)TiO3，(K1/2Bi1/2)TiO3
一、铁电体材料相关概
4. 铁电材料的钙钛矿结构
念
b 复合钙钛矿结构化合物
（A1 x1 A2x2）（B1y1B2y2）O3型
A1A2占据A位，满足条件：
其中：x1，x2分别为A1离子和A2离子化学计 量比:x1+x2=1
A位化合价= A1·x1+A2 ·x2=+2价
一、铁电体材料相关概
4. 铁电材料的钙钛矿结构
ABO3型钙钛矿结构
一、铁电体材料相关概
4. 铁电材料的钙钛矿结构
念
a 简单钙钛矿结构化合物 ABO3型
A位：+2价阳离子，如Mg2+， Ca2+，Sr2+， Ba2+，Zn2+，Pb2+等
B位：+4价阳离子，如Ti4+，Zr4+等
典型化合物： BaTiO3 ， CaTiO3 ， SrTiO3 ， PbTiO3 ，ZnTiO3 ， BaZrO3 ， PbZrO3 等
铁电体材料理论及性综述
一、铁电体材料相关概
4. 铁电材料的钙钛矿结构
念
A位变化形成的化合物：
(A1+2A2+2)TiO3型
(Sr,Ba)TiO3
(Sr,Ba)ZrO3
(Mg,Zn)TiO3
(Sr,Pb)ZrO3
(A+11/2A+31/2)TiO3型
(Na1/2Bi1/2)TiO3
(K1/2Bi1/2)TiO3
一、铁电体材料相关概
AT
即无论正向电场或反向电场均
使试样伸长（缩短）。
二、铁电体材料的特性
5、热释电效应 pyroelectric effect
在10种具有单一极轴的点群晶体中，绝缘 或半绝缘的极性晶体因为温度均匀改变而使晶体出 现结构上的电荷中心相对位移，使自发极化强度发 生变化，从而在两端产生异号的束缚电荷，这种现 象称为热释电效应。
念
b 复合钙钛矿结构化合物
（A1 x1 A2x2）（B1y1B2y2）O3型
B1B2占据B位，满足条件： y1，y2分别为B1离子和B2离子化学计量比:y1+y2=1
B位化合价= B1·y1+B2 ·y2=+4价
B1离子：低价阳离子，如Mg2+，Zn2+，Ni2+，Fe3+等 B2离子：高价阳离子，如Ti4+，Nb5+，Ta5+，W6+ 等
利用其压电特性，可以用于制作压电陶 瓷谐振器、滤波器、压电传感器、超声换能器、 压电变压器等电子元器件。
一、铁电体材料相关概
4. 铁电材料的钙钛矿结构
念
钙钛矿结构以BaTiO3的结构为代表，许多铁电、 介电、压电、光电以及高温超导材料都具有钙钛矿
铁电功能材料PPT课件
Pb(B+21/2B+61/2)O3型
Pb(Mg1/2W1/2)O3，Pb(Co1/2W1/2)O3
Pb(B+31/2B+51/2)O3型
Pb(Fe1/2Nb1/2)O3，Pb(Fe1/2Ta1/2)O3
Pb(B+32/3B+61/3)O3型
Pb(Fe2/3W1/3)O3，Pb(Mn2/3W1/3)O3
主要是含铅的Pb(B1B2)O3 系列复合钙钛矿结构材料，
B1B2占据B位，满足条件： B位化合价= B1·y1+B2 ·y2=+4价
B1离子：低价阳离子，如Mg2+，Zn2+，Ni2+，Fe3+，Sc3+等 B2离子：高价阳离子，如Ti4+，Nb5+，Ta5+，W6+ 等
A位变化形成的化合物：
(A1+2A2+2)TiO3型 (Sr,Ba)TiO3 (Mg,Zn)TiO3
AT
AT
1 T
表征介电常数温度稳定性的容温变化率如下式所示：
C CT C20 100 %
C
C 20
其中：C20为陶瓷样品在20℃时的电容（1KHz）； CT为陶瓷样品在温度T时的电容（1KHz）
Z5V型电容器瓷料，10℃～85℃，-
5Y65%U型≤△电C容/C器≤瓷+2料2，%。-25℃～85℃，-80%≤△C/C≤+30%。
晶体在受到外电场激励下产生形变，且二者之间 呈线性关系，这种由电效应转换成机械效应的过程称 为逆压电效应。
力→形变→电压 电压→形变
正压电效应 逆压电效应
4、电致伸缩效应 electrostrictive effect
铁电体材料理论及性综述
Pb(Zn1/3Nb2/3)O3，Pb(Mg1/3Nb2/3)O3 Pb(Ni1/3Nb2/3)O3， Pb(Mg1/3Ta2/3)O3
Pb(Mg1/2W1/2)O3，Pb(Co1/2W1/2)O3
Pb(B+31/2B+51/2)O3型
Pb(Fe1/2Nb1/2)O3，Pb(Fe1/2Ta1/2)O3
4. 铁电材料的钙钛矿结构
b 复合钙钛矿结构化合物
（A1 x1 A2x2）（B1y1B2y2）O3型
A1A2占据A位，满足条件： 其中：x1，x2分别为A1离子和A2离子化学计量比:x1+x2=1
A位化合价= A1·x1+A2 ·x2=+2价
4. 铁电材料的钙钛矿结构
b 复合钙钛矿结构化合物
（A1 x1 A2x2）（B1y1B2y2）O3型
利用其压电特性，可以用于制作压电陶瓷谐振器、滤波器、 压电传感器、超声换能器、压电变压器等电子元器件。
4. 铁电材料的钙钛矿结构
钙钛矿结构以BaTiO3的结构为代表，许多铁电、介电、压电、光 电以及高温超导材料都具有钙钛矿结构，如：
BaTiO3, PbZrO3 Pb(Zn1/3Nb2/3)O3，Pb(Mg1/3Nb2/3)O3 (Na1/2Bi1/2)TiO3，(K1/2Bi1/2)TiO3
B1B2占据B位，满足条件： y1，y2分别为B1离子和B2离子化学计量比:y1+y2=1
B位化合价= B1·y1+B2 ·y2=+4价
B1离子：低价阳离子，如Mg2+，Zn2+，Ni2+，Fe3+等 B2离子：高价阳离子，如Ti4+，Nb5+，Ta5+，W6+ 等
铁电功能材料PPT课件
钙钛矿型铁电体的晶体结构由钙、钛和氧组成，具有自发极化效应，当受到外电场 作用时，自发极化方向会发生改变，从而表现出铁电性。
常见的钙钛矿型铁电体包括钛酸钡（BaTiO3）、锆钛酸铅（Pb（Zr,Ti）O3）等。
含铅铁电体
含铅铁电体是指含有铅元素的铁电体，其特点是具有较高的居里温度和 较大的压电系数。
含铅铁电体的晶体结构复杂，通常由多种元素组成，如锆、铌、铅、钛 等。这些元素在晶体结构中发挥着不同的作用，共同决定了铁电体的性
质。
常见的含铅铁电体包括锆铅酸钡（Ba（Zr,Pb）O3）、铌铅酸铅（Pb （Nb,Pb）O3）等。
其他类型铁电体
其他类型铁电体是指除了钙钛矿型和含铅铁电体之外的铁电 材料。这些材料的晶体结构和化学组成多种多样，因此其性 质也各不相同电 体、弛豫型铁电体等。这些材料在某些方面具有独特性质， 因此在特定领域有着广泛的应用。
04
铁电材料的发展历程
铁电材料的发现
铁电材料的发现可以追溯到19世纪末 期，当时科学家们开始研究晶体材料 的电学性质。
这种自发极化现象是铁电材料所特有 的，因此科学家们将这类材料称为铁 电体。
光吸收：某些铁电材料对特 定波长的光具有较高的吸收
系数。
04
05
光折射：铁电材料在不同电 场状态下表现出不同的折射
率。
热学性质
铁电材料在热学性质上具有 热释电效应、热膨胀和热传 导等特性。
04
热膨胀：铁电材料在温度升 高时，体积增大的现象称为 热膨胀。
01 03
•·
02
热释电效应：铁电材料在温 度变化时，产生电荷的现象 称为热释电效应。
磁学性质
01
02
03
04
弱磁性：铁电材料具有
常见的钙钛矿型铁电体包括钛酸钡（BaTiO3）、锆钛酸铅（Pb（Zr,Ti）O3）等。
含铅铁电体
含铅铁电体是指含有铅元素的铁电体，其特点是具有较高的居里温度和 较大的压电系数。
含铅铁电体的晶体结构复杂，通常由多种元素组成，如锆、铌、铅、钛 等。这些元素在晶体结构中发挥着不同的作用，共同决定了铁电体的性
质。
常见的含铅铁电体包括锆铅酸钡（Ba（Zr,Pb）O3）、铌铅酸铅（Pb （Nb,Pb）O3）等。
其他类型铁电体
其他类型铁电体是指除了钙钛矿型和含铅铁电体之外的铁电 材料。这些材料的晶体结构和化学组成多种多样，因此其性 质也各不相同电 体、弛豫型铁电体等。这些材料在某些方面具有独特性质， 因此在特定领域有着广泛的应用。
04
铁电材料的发展历程
铁电材料的发现
铁电材料的发现可以追溯到19世纪末 期，当时科学家们开始研究晶体材料 的电学性质。
这种自发极化现象是铁电材料所特有 的，因此科学家们将这类材料称为铁 电体。
光吸收：某些铁电材料对特 定波长的光具有较高的吸收
系数。
04
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光折射：铁电材料在不同电 场状态下表现出不同的折射
率。
热学性质
铁电材料在热学性质上具有 热释电效应、热膨胀和热传 导等特性。
04
热膨胀：铁电材料在温度升 高时，体积增大的现象称为 热膨胀。
01 03
•·
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热释电效应：铁电材料在温 度变化时，产生电荷的现象 称为热释电效应。
磁学性质
01
02
03
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弱磁性：铁电材料具有
铁电性材料物理性能最新PPT
的两种方法
-
4）铁电体具有铁电性
在一些电介质晶体中，晶胞的结构使正负电荷重心不重 合而出现电偶极矩，产生不等于零的电极化强度，使晶体 具有自发极化。 晶体的这种性质叫铁电性（ferroelectricity）。
与铁磁体的磁滞回线形状类似,所以人们把这类晶体称为 铁电体(其实晶体中并不含有铁)
当铁电体的晶胞自发极化而出现电矩时，相邻晶胞的电矩 可以同向排列形成电畴，并出现铁电性； 相间反向排列而成为反铁电性。
化方向相同，这个小区域就称为铁电畴(ferroelectric domains)。 两畴之间的界壁称为畴壁。若两个电畴的自发极化方向互成90 ° ，
则其畴壁叫90 °畴壁。此外，还有180 °畴壁等。
180 °和 90 °畴
2）电畴取向
与晶体结构有关。BaTiO ３的铁电相晶体结构有四方、 斜方、菱形三种晶系，它们 的自发极化方向分别沿 ［001］，［011］，［111］ 方 向 ， 这 样 ， 除 了 90° 和 180°畴壁外，在斜方晶系中 还有60°和120°畴壁，在菱 形晶系中还有71°，109°畴 壁。
居里点附近居里外斯定律为
r
T
C 0
忽略ε∞
三、铁电体的铁电性
指铁电体的微观结构性质，以及因此而可能显示出来的宏观性质
（一）铁电性几个重要特征
电滞回线、电畴结构、自发极化以及相应的晶胞形变（自发应变）、居 里点、居里外斯定律等。
1、铁电畴
1）铁电畴的形成 铁电体自发极化的方向不相同，但在一个小区域内，各晶胞的自发极
钛酸钡的结构：钙钛矿型结构
Ba2+ Ti4+
O-
• • °
• •
•
• • • • °
铁电体材料理论及性综述
2、什么是铁电体材料？
铁电体(ferroelectrics在外电场作用下改变方向 的晶体。
由于自身结构的原因，铁电体同时具有压电性和热释电性， 此外一些铁电晶体还具有非线性光学效应、电光效应、声光效应、光 折变效应等。
铁电体这些性质使它们可以将声、光、电、热效应互相联系 起来，成为一类重要的功能材料。
3、相关概念
（1）极化 polarization
在电场作用下，电介质中束缚着的电荷发生位移或者极性按电 场方向转动的现象，称为电介质的极化。单位面积的极化电荷量称 为极化强度，它是一个矢量，用P表示，其单位为C/m2 。
3、相关概念
（2）自发极化 spontaneous polarization
3、相关概念
电介质材料
压电材料：石英 热释电材料：电气石
铁电材料：KDP
压电陶瓷材料 PZT
3、相关概念
铁电材料的介电常数可高达103～104（普通电介质的介电常 数仅为几十），具有功能多、用途广、品种繁多的特点。
利用其高介电常数的特点，可以用于制作小体积、大容量的 低频电容器，广泛应用在滤波、旁路、隔直等电子线路中。
1、BaTiO3陶瓷材料
在居里温度以上， BaTiO3的介电常数随温度的变化遵从居里-外斯定 律：
AT
T TC
其中：AT为居里—外斯常数；Tc为居里温度（120℃）
上式化为：
1 1 T TC
AT
AT
1 T
1、BaTiO3陶瓷材料
改变居里温度使介电常数峰值处于可利用 的温度范围。
变化过程：
A→B→C→B→D→F →G→H→K→C Ps：饱和极化强度 Pr：剩余极化强度
3、压电效应 piezoelectric effect
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利用其压电特性，可以用于制作压电陶瓷谐 振器、滤波器、压电传感器、超声换能器、压电 变压器等电子元器件。
一、铁电体材料相关概念
4. 铁电材料的钙钛矿结构
钙钛矿结构以BaTiO3的结构为代表，许多铁电、 介电、压电、光电以及高温超导材料都具有钙钛矿 结构，如：
BaTiO3, PbZrO3 Pb(Zn1/3Nb2/3)O3，Pb(Mg1/3Nb2/3)O3 (Na1/2Bi1/2)TiO3，(K1/2Bi1/2)TiO3
一、铁电体材料相关概念
2、什么是铁电体材料？
铁电体(ferroelectrics)是电介质的一个亚类， 其定义是指在某温度范围内具有自发极化且极化强 度可以在外电场作用下改变方向的晶体。
由于自身结构的原因，铁电体同时具有压电 性和热释电性，此外一些铁电晶体还具有非线性光 学效应、电光效应、声光效应、光折变效应等。
表征材料极化并储存电荷能力的物理量称为介 电常数，用ε表示，无量纲。
Hale Waihona Puke 一、铁电体材料相关概念3、相关概念
介质的极化特性与其晶体结构有着深刻的内在联系。 按照其对称性，晶体可分为7大晶系，32种点群，其中 有20种点群不具有中心对称，它们的电偶极矩可因弹性 形变而改变，因而具有压电性并称为压电体。在压电体 中具有唯一极轴（又称为自发极化轴）的10种点群可出 现自发极化，即在无外电场存在的情况下也存在电极化。 它们因受热产生电荷，故称为热释电体。在这些极性晶 体中，因外加电场作用而改变自发极化方向的晶体便是 铁电体。因此，凡是铁电体必然是热释电体，而热释电 体也必然是压电体。
ABO3型钙钛矿结构
一、铁电体材料相关概念
4. 铁电材料的钙钛矿结构
a 简单钙钛矿结构化合物 ABO3型
A位：+2价阳离子，如Mg2+， Ca2+，Sr2+， Ba2+，Zn2+，Pb2+等
B位：+4价阳离子，如Ti4+，Zr4+等
典型化合物： BaTiO3 ， CaTiO3 ， SrTiO3 ， PbTiO3 ，ZnTiO3 ， BaZrO3 ， PbZrO3 等
一、铁电体材料相关概念
3、相关概念
（2）自发极化 spontaneous polarization
在没有外电场作用时，晶体中存在着由于电 偶极子的有序排列而产生的极化，称为自发极化。 在垂直于极化轴的表面上，单位面积的自发极化 电荷量称为自发极化强度。
（3）介电常数 dielectric constant
一、铁电体材料相关概念
3、相关概念
电介质材料
压电材料：石英
热释电材料：电气石 铁电材料：KDP
压电陶瓷材料 PZT
一、铁电体材料相关概念
3、相关概念
铁电材料的介电常数可高达103～104（普通 电介质的介电常数仅为几十），具有功能多、用 途广、品种繁多的特点。
利用其高介电常数的特点，可以用于制作小 体积、大容量的低频电容器，广泛应用在滤波、 旁路、隔直等电子线路中。
一、铁电体材料相关概念
4. 铁电材料的钙钛矿结构
A位变化形成的化合物：
(A1+2A2+2)TiO3型 (Sr,Ba)TiO3 (Mg,Zn)TiO3
(Sr,Ba)ZrO3 (Sr,Pb)ZrO3
(A+11/2A+31/2)TiO3型
(Na1/2Bi1/2)TiO3
(K1/2Bi1/2)TiO3
一、铁电体材料相关概念
铁电体这些性质使它们可以将声、光、电、 热效应互相联系起来，成为一类重要的功能材料。
一、铁电体材料相关概念
3、相关概念
（1）极化 polarization
在电场作用下，电介质中束缚着的电荷发生位 移或者极性按电场方向转动的现象，称为电介质的 极化。单位面积的极化电荷量称为极化强度，它是 一个矢量，用P表示，其单位为C/m2 。
一、铁电体材料相关概念
4. 铁电材料的钙钛矿结构
b 复合钙钛矿结构化合物
（A1 x1 A2x2）（B1y1B2y2）O3型
A1A2占据A位，满足条件： 其中：x1，x2分别为A1离子和A2离子化学计 量比:x1+x2=1
A位化合价= A1·x1+A2 ·x2=+2价
一、铁电体材料相关概念
4. 铁电材料的钙钛矿结构
因为历史上铁电现象可以认为是首先于1920年法国 人Valasek在罗息盐中发现的，当时他观察到的是反常 的介电特性。而罗息盐是在1665年被法国药剂师薛格 涅特在罗息这个地方第一次制备出来。
一、铁电体材料相关概念
1、铁电材料发展历程
在1935年Busch发现了磷酸二氢钾KH2PO4— 简称KDP，其相对介电常数高达30，远远高于当时 的其它材料。
b 复合钙钛矿结构化合物
（A1 x1 A2x2）（B1y1B2y2）O3型
B1B2占据B位，满足条件： y1，y2分别为B1离子和B2离子化学计量 比:yB1位+y化2=合1价= B1·y1+B2 ·y2=+4价
B1离子：低价阳离子，如Mg2+，Zn2+，Ni2+，Fe3+等 B2离子：高价阳离子，如Ti4+，Nb5+，Ta5+，W6+ 等
4. 铁电材料的钙钛矿结构
B位变化形成的化合物：
Pb(B+21/3B+52/3)O3 型
Pb(B+21/2B+61/2)O3 型
Pb(B+31/2B+51/2)O3 型
Pb(B+32/3B+61/3)O3 型
主要汇报内容
1 铁电体材料相关概念 2 铁电体材料的特性 3 典型的材料和应用 4 MS在材料中的应用
2
一、铁电体材料相关概念
1、铁电材料发展历程
铁电体与铁磁体在许多性质上具有相应的平行类似 性，“铁电体”之名即由此而来，其实它的性质与 “铁”毫无关系。
早期在欧洲（如法国、德国）常称“铁电体”为 “薛格涅特电性”（Seignett-electricity）或“罗息 尔电性”（Rochell-electricity）。
1940年之后，以BaTiO3为代表的具有钙钛矿结 构的铁电材料陆续被发现，这是铁电历史上里程碑 式的时期。
一、铁电体材料相关概念
1、铁电材料发展历程
70年代以来，研制成功透明铁电陶瓷，使得 铁电体的光学效应在更广阔的科技领域加以利用。
80年代以来，铁电薄膜的出现，被广泛应用 于制作铁电存储器使得铁电体的光学效应在更广 阔的科技领域加以利用。
一、铁电体材料相关概念
4. 铁电材料的钙钛矿结构
钙钛矿结构以BaTiO3的结构为代表，许多铁电、 介电、压电、光电以及高温超导材料都具有钙钛矿 结构，如：
BaTiO3, PbZrO3 Pb(Zn1/3Nb2/3)O3，Pb(Mg1/3Nb2/3)O3 (Na1/2Bi1/2)TiO3，(K1/2Bi1/2)TiO3
一、铁电体材料相关概念
2、什么是铁电体材料？
铁电体(ferroelectrics)是电介质的一个亚类， 其定义是指在某温度范围内具有自发极化且极化强 度可以在外电场作用下改变方向的晶体。
由于自身结构的原因，铁电体同时具有压电 性和热释电性，此外一些铁电晶体还具有非线性光 学效应、电光效应、声光效应、光折变效应等。
表征材料极化并储存电荷能力的物理量称为介 电常数，用ε表示，无量纲。
Hale Waihona Puke 一、铁电体材料相关概念3、相关概念
介质的极化特性与其晶体结构有着深刻的内在联系。 按照其对称性，晶体可分为7大晶系，32种点群，其中 有20种点群不具有中心对称，它们的电偶极矩可因弹性 形变而改变，因而具有压电性并称为压电体。在压电体 中具有唯一极轴（又称为自发极化轴）的10种点群可出 现自发极化，即在无外电场存在的情况下也存在电极化。 它们因受热产生电荷，故称为热释电体。在这些极性晶 体中，因外加电场作用而改变自发极化方向的晶体便是 铁电体。因此，凡是铁电体必然是热释电体，而热释电 体也必然是压电体。
ABO3型钙钛矿结构
一、铁电体材料相关概念
4. 铁电材料的钙钛矿结构
a 简单钙钛矿结构化合物 ABO3型
A位：+2价阳离子，如Mg2+， Ca2+，Sr2+， Ba2+，Zn2+，Pb2+等
B位：+4价阳离子，如Ti4+，Zr4+等
典型化合物： BaTiO3 ， CaTiO3 ， SrTiO3 ， PbTiO3 ，ZnTiO3 ， BaZrO3 ， PbZrO3 等
一、铁电体材料相关概念
3、相关概念
（2）自发极化 spontaneous polarization
在没有外电场作用时，晶体中存在着由于电 偶极子的有序排列而产生的极化，称为自发极化。 在垂直于极化轴的表面上，单位面积的自发极化 电荷量称为自发极化强度。
（3）介电常数 dielectric constant
一、铁电体材料相关概念
3、相关概念
电介质材料
压电材料：石英
热释电材料：电气石 铁电材料：KDP
压电陶瓷材料 PZT
一、铁电体材料相关概念
3、相关概念
铁电材料的介电常数可高达103～104（普通 电介质的介电常数仅为几十），具有功能多、用 途广、品种繁多的特点。
利用其高介电常数的特点，可以用于制作小 体积、大容量的低频电容器，广泛应用在滤波、 旁路、隔直等电子线路中。
一、铁电体材料相关概念
4. 铁电材料的钙钛矿结构
A位变化形成的化合物：
(A1+2A2+2)TiO3型 (Sr,Ba)TiO3 (Mg,Zn)TiO3
(Sr,Ba)ZrO3 (Sr,Pb)ZrO3
(A+11/2A+31/2)TiO3型
(Na1/2Bi1/2)TiO3
(K1/2Bi1/2)TiO3
一、铁电体材料相关概念
铁电体这些性质使它们可以将声、光、电、 热效应互相联系起来，成为一类重要的功能材料。
一、铁电体材料相关概念
3、相关概念
（1）极化 polarization
在电场作用下，电介质中束缚着的电荷发生位 移或者极性按电场方向转动的现象，称为电介质的 极化。单位面积的极化电荷量称为极化强度，它是 一个矢量，用P表示，其单位为C/m2 。
一、铁电体材料相关概念
4. 铁电材料的钙钛矿结构
b 复合钙钛矿结构化合物
（A1 x1 A2x2）（B1y1B2y2）O3型
A1A2占据A位，满足条件： 其中：x1，x2分别为A1离子和A2离子化学计 量比:x1+x2=1
A位化合价= A1·x1+A2 ·x2=+2价
一、铁电体材料相关概念
4. 铁电材料的钙钛矿结构
因为历史上铁电现象可以认为是首先于1920年法国 人Valasek在罗息盐中发现的，当时他观察到的是反常 的介电特性。而罗息盐是在1665年被法国药剂师薛格 涅特在罗息这个地方第一次制备出来。
一、铁电体材料相关概念
1、铁电材料发展历程
在1935年Busch发现了磷酸二氢钾KH2PO4— 简称KDP，其相对介电常数高达30，远远高于当时 的其它材料。
b 复合钙钛矿结构化合物
（A1 x1 A2x2）（B1y1B2y2）O3型
B1B2占据B位，满足条件： y1，y2分别为B1离子和B2离子化学计量 比:yB1位+y化2=合1价= B1·y1+B2 ·y2=+4价
B1离子：低价阳离子，如Mg2+，Zn2+，Ni2+，Fe3+等 B2离子：高价阳离子，如Ti4+，Nb5+，Ta5+，W6+ 等
4. 铁电材料的钙钛矿结构
B位变化形成的化合物：
Pb(B+21/3B+52/3)O3 型
Pb(B+21/2B+61/2)O3 型
Pb(B+31/2B+51/2)O3 型
Pb(B+32/3B+61/3)O3 型
主要汇报内容
1 铁电体材料相关概念 2 铁电体材料的特性 3 典型的材料和应用 4 MS在材料中的应用
2
一、铁电体材料相关概念
1、铁电材料发展历程
铁电体与铁磁体在许多性质上具有相应的平行类似 性，“铁电体”之名即由此而来，其实它的性质与 “铁”毫无关系。
早期在欧洲（如法国、德国）常称“铁电体”为 “薛格涅特电性”（Seignett-electricity）或“罗息 尔电性”（Rochell-electricity）。
1940年之后，以BaTiO3为代表的具有钙钛矿结 构的铁电材料陆续被发现，这是铁电历史上里程碑 式的时期。
一、铁电体材料相关概念
1、铁电材料发展历程
70年代以来，研制成功透明铁电陶瓷，使得 铁电体的光学效应在更广阔的科技领域加以利用。
80年代以来，铁电薄膜的出现，被广泛应用 于制作铁电存储器使得铁电体的光学效应在更广 阔的科技领域加以利用。