铁电材料概述

块状陶瓷的常用方法——固相烧结工艺主要 步骤：配料 混合 预烧 粉碎 成型 排胶 烧结 被
电极 测试
薄膜材料的主要制备方法——溶胶凝胶法主 要步骤：基片清洁 溶胶的制备 匀胶 干燥 晶化
二、Bi6FeCrTi3O18样品制备及性能测试
称料
①
球磨抽料烘烤
Baidu Nhomakorabea
②
③
预合成
④
⑤
研磨、造粒、再研磨
⑦
料、薄膜材料和异质结构等非均匀系统 ）
罗息盐即酒石酸钾钠( NaKC4H406·4H20)是上千 种铁电体中最早被发现的晶体之一．它存在上 、下两个居里点，297K和255K。在这两个温度 之间，它处于铁电相。大于297K或小于255K时 处于顺电相。六方结构。
KH2PO4的值却高达30 在理论研究方面， Müller 首先将热
(8)排塑：因为在研磨时加入了粘合剂，所以要把其中的有机物去掉。放入高温箱式 电炉中升温6h升到500℃(使用6h慢速升温主要是为了防止有机物还没有挥发就碳化) ，再保温4h。
（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；
LiNb双O氧3 （化L物i2晶O体-N：b2如OB5a）Ti等O3，（这Ba类O晶-T体iO是2）从、高K温N熔bO体3或（熔K2盐O中-N生b2长O出5）来、的，又称 为硬铁电体．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。
钙钛矿结构：有BaTiO3 ( 钛酸钡) 、 KNbO3 、KTaO3 、LiNbO3 PZT(Pb(Zr Ti )03) 、 PLZT(铅、镧、锆、钛)，
至 20 世纪 50 年代末，
大约有 100 种化合物被
发现具有铁电性。截至1990 年，已知的铁电体约为 250 种.通式 ABO3 其空间结构如右图
铁电材料：在具有压电效应的材料中 ,具有自发极化 ,(自发极
化包括二部分：一部分来源于离子直接位移；另一部分是由于电子云的 形变)
而且其自发极化强度可以因外电场反向而反向 ,或者在电场作 用下不可反向但可以重取向的晶体 。铁电体中的自发极化有两个
或多个可能的取向。所有铁电体都可以通过人工极化使其具有压电性 , 但具有压电性的并不一定都是铁电体。声-热-电-光-磁-力等性质的交叉
报告人—— 陈新娟
概念 发展历史 制备方法 现有铁电材料的优缺点以及研究方向 铁电材料的应用
压电材料是实现机械能与电能相互转换的功能材料.
压电材料主要有四种：压电单晶、 压电陶瓷、 压电聚合物及 复合压电材料。其中压电陶瓷系列品种众多 ,应用广泛。
压电效应：正压电效应和逆压电效应。具有压电效应的材料称 为压电材料。
效应在铁电体中普遍存在。
1 自发极化与铁电体
诱导极化：E≠0 P
电滞回线：
Pr称为铁电体的剩余极化强度 Ec为矫顽场
电场在正负饱和值之间循环一周 时，形成了铁电电滞回线。
罗息盐时期—发现铁电性
KDP时期—铁电热力学理论
钙钛矿时期—铁电软模理论
铁电薄膜及器件时期—小型化（铁电液晶、聚合物复合材
(6)研磨：在烘烤好的样品放入研钵里，研磨20-30min，分三次滴入适量的黏合剂(之 前须将黏合剂在80℃左右烘一下，每次滴加十三滴，分三次共三十九滴，每次滴完后 研磨10min)，然后将所有的料压成大片（尽量压厚）放置8h再磨碎过筛。
(7)压片：用压片机将样品压成大片(厚度约2 mm)和小片(厚度小于2 mm)。
(3)抽料：将球磨好的料，注入无水酒精，搅拌均匀，用洗净的针筒抽料，放入干烧 杯里，如此重复一直等球磨罐里没有剩余料为止（玻璃针筒的清洗分为：布擦，水洗 ，硝酸浸泡超声10min，水洗，乙醇清洗，吹干）。
(4)烘烤：将有料的烧杯盖上烧杯盖放入烘烤箱里，在约100℃下烘24h，去除酒精。
(5)预合成：将烘干的样品取出，研磨成粉末（大约20min）后装入培养皿中。再将培 养皿中的样品粉末放入洁净干燥的坩埚中压实压平，然后放入高温炉中烧结。升温8h 从室温到800℃， 800℃保温8h，最后降温到100℃左右取出。将预合成的料取出后研 磨，至粉末状，大约40～50 min，然后将磨耗的料放入球磨罐再次球磨48h。重复(3) - (5)步骤。
力学理论应用于
铁电体。VL Ginsburg
将郎道（Landau）相变
理论应用于KH2PO4型铁 电体， 并迈出了将这一理论应用于更一般情况的第一
步德文希尔（De-Vonshire）将其进行完善，发展为 今天仍之有效的郎道-德文希尔理论
钛酸钡（BaTiO3）钛酸钡陶瓷是目前应用最广泛
和研究较透彻的一种铁电材料。钛酸钡是第一个不含 氢的氧化物铁电体，由于其性能优良，化学上，热学 上的稳定性好，工艺简便，很快被用作介电和压电元 件。
（2）按极化轴多少分类

沿一个晶轴方向极化的铁电体：罗息盐（RS）、KDP等；

沿几个晶轴方向极化的铁电晶体：BaTiO3、Cd2Nb2O7等。
（3）按照在非铁电相时有无对称中心分类

非铁电相无对称中心：钽铌酸钾（KTN）和磷酸二氢钾（KDP）族的晶体。
由于无对称中心的晶体一般是压电晶体，故它们都是具有压电效应的晶体；
完成样品制备
压片
⑥
烧结
微观结构测量 表面形貌测量
铁磁性能测量
铁电性测量
Bi6FeCrTi3O18样品的制备以及各性能测量的流程图
（1）称料

1.烘料：将所需原料放到80℃下烘干24h
2.按照化学式计算各原料所需质量，用电子电平称量，置于培养皿中。
(2)球磨：将烘干好的料放入球磨罐里，再注入无水酒精至淹没料，将球磨罐放到球 磨机器上固定好，设置转速，时间24h(注意球磨罐必须烘干)。

非铁电相时有对称中心：不具有压电效应，如BaTiO3、TGS（硫酸三甘肽）
以及与它们具有相同类型的晶体。
（4）按相转变的微观机构分类
（5）“维度模型”分类法
1 固相反应法 2 溶胶一 凝胶法 3 熔盐法 4 喷雾分解法 5 柠檬酸前驱法 6 水热法 7 无卤素法 8 低温液相法 9……