10 压电、热释电与铁电材料

压电聚合物
聚偏氟乙烯（PVDF） 奇数尼龙
压电复合材料
定义：压电复合材料是由两相或多相材料复合而成的
压电材料，常见的是由压电陶瓷和聚合物组成的两相 材料。
结构表征：主要参数有联结型、对称性、各相的体积
占有率及其形状和尺寸等
1-3型压电复合材料：压电陶
瓷相一维自我连通，聚合物 相三维自我连通。
电介质分类及其相互关系
介电晶体(32) 压电晶体(20)
热释电晶体(10)
铁电晶体
压电材料
压电晶体
含氧八面体的铁电晶体 含氢键的铁电晶体 含层状结构的钛酸铋晶体
压电陶瓷
掺杂对陶瓷性能的影响 受主杂质的介电常数降低、频率常量升高、机械品质因数 增大、老化率增大。 施主杂质的介电常数升高、机电耦合因数增大、机械品质 因数降低、老化率减少。 变价杂质的介电常数降低、频率常量增大、机械品质因数 升高温度系数变小、老化率减小 *材料对外场的顺度大，性能“软”，反之则“硬”
材料 制备是在闭环系统中完成得，易于分离、循环、
回收
可以制成任意形状、任意尺寸的薄膜 淀积速率率相对较高 工艺技术具有通用性
展望
铁电物理学仍是一个十分活跃的研究领域 铁电薄膜异质结构将取得重大突破 环境协调性铁电材料研究取得重要突破 弛豫性铁电陶瓷和铁电单晶的研究将有重要进展 人工调制铁电材料的发展将进一步拓展铁电材料的应
铁电电子发射与铁电冷阴极材料 阴极材料是指在激励源作用下能发射 强电子束的特种功 能材料。 根据激励源不同，这些阴极材料又可以分为：
① ②
③
光阴极 热阴极 场阴极 自发极化 电荷屏蔽 快极化反转 屏蔽电荷发射
快极化反转致电子发射包括：
① ② ③ ④
铁电制冷材料
铁电制冷利用的是电介质材料的电生热效应——在绝热条件
Fv=p/c’ε
探测优值
Fd=p/c’ ε(tanδ)1/2
主要的热释电材料
热释电材料
最重要的应 用是制作室 温红外探测 器与阵列
铁电材料与应用
调制用非线性铁电晶体 电光晶体 光折变晶体
① ② ③ ④
铁电型晶体 非铁电型电光晶体 化合物半导体 有机光折变材料
弛豫性铁电体 基本介电特征： 弥散相变 频率色散
重要的铁电薄膜材料
铁电薄膜材料4种：
含氧八面体 含氢键 含氟八面体 含其他离子基团
铁 电 薄 膜 与 集 成 铁 电 学
铁电薄膜存储器 —FRAM与DRAM
铁电随机存储器（FRAM） 动态随机存储器（DRAM）
其他铁电薄膜
薄膜型热释电红外探测器
压电马达与集成铁电微电子机械系统
0-3型压电复合材料：由均
匀分散的压电陶瓷颗粒与聚 合物基体构成。与1-3型压电 复合材料比较，他的制备方 法简单，易于加工，易与水 或生物组织实现阻抗匹配， 宜批量生产
压电 材料 在信 息技 术中 的应 用
热释电探测器对热释电材料的要求
三个优值：
电流相应优值
Fi=p/c’
电压相应优值
用范围
铁电液晶和铁电聚合物研究将可能开发出更多的铁电
体，并发展更多的应用。
引言
电介质Hale Waihona Puke Baidu基本特征是，在外电场的作用下，电介质中
要出现电极化，即将原来不带电的电介质置于外场之 中，在其内部和表面上将会干生出一定的电荷 还有一类电介质，即使没有外界电场作用下，内部也 会出现极化，这种极化称为自发极化 具有特殊极性方向的电介质叫极性电介质 极性电介质因温度均匀变化而发生电极化改变的现象 称为电介质热释电性。 铁电材料是自发极化可以随外加电场的反向而反向的 热释电材料，也就是说凡是铁电材料必定具有热释电 性质但是热释电材料则不一定是铁电材料。
环境协调性压电陶瓷
BiTiO3基压电铁电陶瓷 BNT基压电铁电陶瓷 NaNbO3基压电铁电陶瓷
压电铁电材料的环境协调性制备技术
总的要求： 资源能源消耗少和制备加工过程对生态环境污染小 无机非金属材料软溶液制备技术SSP
使用SSP技术的优点
陶瓷薄膜的沉积、成型、剪切、取向等可进一步完成 能源、资源消耗小
铁电薄膜集成光波导器件 铁电薄膜微波器件
光学超晶格与声学超晶格
环境协调性压电铁电材料
铁电体及相关材料应不含或尽可能少含可能对生态环
境造成损害的物质 铁电体及相关材料的制备技术应当是对生态环境损害 尽可能小的环境协调技术 由铁电体及相关材料做成的制品应当是依据环境协调 性原则设计的,这些制品的加工工艺也应是环境协调性 的； 应当用环境协调性评价技术对铁电体及相关材料、有 关制品以及这些制品的加工工艺等进行评价，并使评 价的结果满足国际化标准组织（ISO）14000系列文件 要求
下，对电介质材料施加外场时温度发生改变的现象。
铁电聚合物和铁电液晶
液晶按结构可以分为：
① ② ③
丝状相 螺旋状相 层状相
铁电薄膜
铁电薄膜——具有铁电性，且厚度在数十纳米至数微
米的薄膜材料，叫铁电薄膜 铁电薄膜的制备：
溅射法
溶胶—凝胶法 化学气相沉积法
脉冲激光沉积法
铁电薄膜的应用