压电铁电物理-王春雷yd(1)
压电铁电物理-王春雷yd0909精品文档
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正压电效应
当压电晶体受到外力而发生形变时，在它的 某些表面上出现与外力成线性比例电荷积累， 这个现象称为压电效应。 是一种线性响应！
9
现分别进行如下实验
（1）当晶片受到沿x轴方向的力Fx作用时，通 过冲击电流计，可测出在x轴方向电极面上 的电荷q(1)1。并发现x轴方向电极面上的电 荷密度（q(1)1/llw）的大小与x轴方向单位面 积上的力（Fx /llw）成正比，即：
q
(1 1
)
Fx
ll w
ll w
0 0 0 0
E E E
1 2 3
0
35
从上式可以看出：
（1）对于石英晶体不是在任何方向上都存在逆压 电效应，只有在某些方向，在某些电场作用下， 才能产生逆压电效应。例如，当x方向电场分量E1 作用时，可产生压电形变x1和x2以及压电切应变 x4。又如当z方向电场分量E3作用时，晶体不会产 生任何形变。
D1 d11
D2
d21
D3 E d31
d12 d22 d32
d13 d23 d33
d14 d24 d34
d15 d25 d35
d16 d26 d36
X2 X3 X4 X5 X6
36
（2）逆压电常数与正压电常数相同，并且一一 对应。
压电铁电物理(王春雷,李吉超,赵明磊编著)PPT模板
07
第5章压电振子的振动模式
第5章压电振 子的振动模式
5.1薄长片
1 压电振子 的长度伸 缩振动
5.2薄圆片
2 压电振子 的径向振 动
3 5.3其他压 电振子
4 5.4等效网 络方法5 练来自题6 小课题08
第6章晶体的铁电性
第6章晶体 的铁电性
06
6.6铁电聚 合物
标轴的选择
06 思考题
04 第2章介电性质
第2章介电性 质
2.1介电常 数张量
01
2.2独立介
练习题
06
电常数
02
2.5静态
05
介电常数
与微观极
化率
04
2.4有效场 理论
03
2.3介电 极化机制
05 第3章弹性性质
第3章弹性性质
3.1应力、应变和胡克定律 3.2对称性与弹性常数 3.3晶体中的弹性波 3.4晶体的铁弹性 练习题
06
第4章压电效应与压电方程
第4章压电效 应与压电方
程
01 4 .1 压电效应
02 4 .2 压 电常 数与对称
性
03 4 .3 压 电晶 体的切割 04 4 .4 钛酸钡z切割晶片
的压电方程
05 4 .5 各 类压 电方程组 06 4 .6 一 般情 况下的压
的常数之间的关系
电方程组
第4章压电效应与 压电方程
8.3软模的基本概 念
8.5有序-无序型 铁电相变的赝自 旋模型
01
03
05
02
04
06
8.2KH<sub>2< /sub>PO<sub> 4</sub>型铁电 体的SlaterDevonshire理论
热释电陶瓷
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应用
陶瓷热释电材料应用很广，目前最主要的应用是作为 热释电探测器，其基本结构如图 所示。在金属管座中央， 固定金属导电基座，再于导电基座的中央用特种导电胶固 定 热释电晶片。晶片厚度为50μm，晶片表面上镀上电极。 由于晶片为高阻抗，所以用场效应 管(FET)进行阻抗变换。 为了减少噪声影响，FET装在金属壳内，金属壳上固定着 硅或者 锗窗口。
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钛酸铅与钛酸钡一样均属钙钛矿型的铁电体， 但介电常 数比钛酸钡小一个数量级，其居里温度 高，频率温度系数和 时间稳定性好。在极化时， 其位于TiO6八面体的Ti4+离子 可能会产生两种可能 的偏离中心的位置，比原来Ti4+的位 置高或者低， 如图所示，从而产生极化，导致压电 现象。 为了开发利用钛酸铅材料，人们进行了很多努 力，日本 的上田等人，通过在钛酸铅中同时添加 TiO2和MnO2等改 性剂，获得了密度高、机械强度 大，可进行高温高电场极化 处理的具有高电阻率 的陶瓷．
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制备
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原料处理
预烧
成型
极化
施电极
烧结
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原科处理 原料的纯度是制备优良压电陶瓷的首要条 件。通常来说，希望原料的纯度要高一 些，特 别是用量比较大的原料，如Pb304(或PbO)、Zr02 和Ti02等，若纯度低，引入杂质．所以纯度高些。 小剂量的原料则纯度要求可相对低些。以上原 料经水洗去除一些水溶杂质后烘干，然后进行 煅烧粉碎，通常希望颗粒度在 2ptm以下。
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山东大学试卷检查情况登记表
不及格 6.96% ，优 秀3.48%
不及格 5.26% ，优 秀4.91%
不及格 4.94% ，优 秀4.10%
无
否，优秀 0
5%
无
否，优秀 0
2%
好 ， 试 卷 和 政治学院
总成绩单排 列顺序一致
装 订 整 齐 规 政治学院
范
装 订 整 齐 规 政治学院
范
装订规范 军理部
装订规范 军理部
装订规范 军理部
塑造工艺原理
师命题
过30%
不及格 2% ， 优 秀 50.8%
装订规范 信息学院
不及格 12.5% ，优 秀25%
装订规范 信息学院
不及格 2.326%, 优 秀32.558%
好
信息学院
电 磁 场 与 电 磁 雷虹
波
10 任 课 教 有 不 超 1
师命题
过
高频电子线路 陈延湖 10 题库 有 不 超 过
不及格3人 1.62% ，优 秀3.24%
良好
马列学院
装订整齐 马列学院
装订整齐 马列学院
自 然 认 证 法 概 范杰敏 10 校 内 统 有 不 超
论
一命题
过
气 动 与 液 压 控 刘延俊 10 校 内 统 是 否
制
一命题
画 法 几 何 与 机 刘素萍 10 校 内 统 是 否
械制图
一命题
计 算 机 技 术 基 查黎敏
军事理论
陈军升 20 校 内 统 有 不 超
一命题
过
军事理论
李传道 20 校 内 统 有 不 超
一命题
过
军事理论 军事理论
赵学武 10 校 内 统 有 否 无
热电、压电和铁电材料
7.4 热电、压电和铁电材料根据固体材料对外电场作用的响应方式不同，我们可以把它们分成两类。
一类是导电材料，即超导体、导体、半导体和绝缘体，它们是以传导方式传递外界电场的作用和影响（可以是电子传导、空穴传导和离子传导）。
另一类固体材料则是以感应方式来传递外界电场的作用和影响，这类材料叫做介电材料或电介质材料。
电介质材料置于外电场作用下，电介质内部就会出现电极化，原来不带电的电介质，其内部和表面将受感应而产生一定的电荷。
电极化可以用极化强度P 表示（单位体积内感应的偶极矩），这种电极化可以分为电子极化、离子极化和取向极化。
有一类电介质即使无外电场的作用其内部也会出现极化，这种极化称为自发极化，它可用矢量来描述。
由于这种自发极化的出现，在晶体中形成了一个特殊的方向，具有这种特殊结构的电介质，每个晶胞中原子的构型使正负电荷重心沿这个特殊方向发生相对位移，形成电偶极矩，使整个晶体在该方向上呈现了极性，一端为正，一端为负，这个特殊方向称为特殊极性方向，在晶体学中通常称为极轴。
而具有特殊极性方向的电介质称为极性电介质。
晶体的许多性质，诸如介电、压电、热电和铁电性，以及与之相关的电致伸缩性质、非线性光学性质、电光性质、声光性质、光折变性质等，都是与其电极化性质相关的。
晶体在外电场作用下，引起电介质产生电极化的现象，称为晶体的介电性。
7.4.1热电材料1. 热电效应(1) 塞贝克(Seebeck)效应当两种不同金属接触时，它们之间会产生接触电位差。
如果两种不同金属形成一个回路时，两个接头的温度不同，则由于该两接头的接触电位不同，电路中会存在一个电动势，因而有电流通过。
电流与热流之间有交互作用存在，其温度梯度不但可以产生热流，还可以产生电流，这是一种热电效应，称为塞贝克效应，其所形成的电动势，称为塞贝克电动势。
塞贝克电动势的大小既与材料有关，也是温度差的函数。
在温度差∆T较小时，塞贝克电动势E AB与温度差呈线性关系，即E AB=S AB∆T，式中S AB为材料A和B的相对塞贝克系数。
(完整PPT)第六章铁电性能和压电性能_材料物理(1)
含氢键的晶体（KDP、RS）和双氧化物晶体（BT、PT、LN） 按极化轴数目分类：
单轴铁电体（RS、KDP、LN）和多轴铁电体（BT） 按原型相有无对称中心分类：
压电性铁电体（KDP、RS）和非压电性铁电体（BT） 按铁电相变时原子运动特点分类：
有序－无序型相变的（RS）和位移型相变的（BT、PT、LN） 按居里－外斯常数C的大小分类：
二、BaTiO3自发极化的微观机理 1. BaTiO3的晶体结构
有氧八面体 骨 架 的 ABO3 晶格
BaTiO3的晶体结构
钙钛矿结构
2. BaTiO3的相变
顺电态
Tc 居里温度
铁电态
120°C
5°C
-80°C
立方晶系 四方晶系 斜方晶系
菱形结构
无自发极化 自发极化沿c轴 自发极化沿 自发极化沿
Ps－饱和极化强度 Pr－剩余极化强度（remanent
polarization） Ec－矫顽场强（corcive field）
~2KV/cm －~120KV/cm
按照Ec大小可将铁电体分为： 软铁电体－小Ec 硬铁电体－大Ec
电滞回线是铁电体的重要物理特征之一，也是判别铁电性的 一个重要判据。
3. 铁电体的分类
如: 在钙钛矿结构中，自发极 化起因于[BO6]中中心离子的 位移
[BO6]氧八面体
2. 铁电体的概念
铁电体是在一定温度范围内具有自发极化（必要条件） ，并且极化方向可随外加电场做可逆转动的晶体。
铁电体一定是极性晶体，但自发极化转动的晶体仅发生在某些特殊结 构晶体当中，在自发极化转向时，结构不发生大的畸变。
质
加电场E 成正比。
第六章铁电性能和压电性能_材料物理.
(a)
(b)
(c)
0.1m
0.1m
1.0m
多晶LiTaO3晶粒内箭尾型90电畴结构与曲流状180电畴结构
(a)
(b)
0.1m
0.2m
多晶LiTaO3晶粒内薄片状和箭尾型90电畴结构
(a)
(b)
0.4m
0.2m
多晶LiTaO3晶粒内90尖劈状畴与180曲流状畴
(a)
(b)
离子位移理论
正方结构BaTiO3中， Ti4+ 、O2-离子的位移情况 两 个 O2- 离 子 间 的 空 隙 大于 Ti4+ 离子的直径， 其在氧八面体内有位移 的余地，温度较高时 （大于120°C），离子 热振动能较大，因此 Ti4+ 离 子 接 近 周 围 6 个 O2- 离 子 的 几 率 相 等 ， 晶胞内不会产生电矩， 自发极化为0。 温度降低（小于 120°C）， Ti4+离子 热振动能降低，热振 动能特别低的 Ti4+ 不 足以克服 Ti4+ 和 O2- 离 子间的电场作用，就 有 可 能 向 某 一 个 O2离子靠近，发生自发 位 移 ， 使 这 个 O2- 离 子发生强烈的电子位 移极化。 晶体沿着这个 方向延长，晶 胞发生畸变， 晶体从立方结 构转变为四方 结构，晶胞中 出现了电矩， 即发生了自发 极化。
-----铁电体的最重要判据 -----铁电体具有许多独特性质的主要原因
热释电体 (Pyroelectrics)：具有自发极化的晶体--极性晶体 铁电体是热释电体的一个亚族
铁电态下，晶体的极化与电场的关系：电滞回线，铁电态 的一个标志。
Ps－饱和极化强度
Pr－剩余极化强度（remanent polarization）
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§1.1 压电效应
对某种介质施加机械应力，导致介质两端表 � 正压电效应： 正压电效应：对某种介质施加机械应力，导致介质两端表 面上出现符号相反的束缚电荷，电荷密度与外力成正比。 这种由于机械力的作用而使电介质产生极化并形成表面电 荷的现象叫正压电效应。 F
－－－－－ － ＋＋＋＋＋ 极化方向 －－－－－ ＋＋＋＋＋ ＋ 正压电效应示意图 （实线代表形变前的情况，虚线代表形变 后的情况）
Z � 通常把沿电轴x方向的力 Z 作用下产生电荷的压电效 应称为“纵向压电效应”， 而把沿机械轴y方向的力 Y X 作用下产生电荷的压电效 应称为“横向压电效应”。 X 而沿光轴z方向的力作用时(a)理想石英晶体的外形 (b)坐标系 不产生压电效应。
石英晶体
z z b o o x y x o y z
石英晶体
� 天然结构石英晶体的理想外形是一个正六面体，在晶体 学中它可用三根互相垂直的轴来表示，其中纵向轴Z－ 光轴 ；经过正六面体棱线，并垂直于光轴的X－X 称为光轴 光轴；经过正六面体棱线，并垂直于光轴的 Z称为 电轴 ；与X－X轴和Z－Z轴同时垂直的Y－Y轴 轴称为 轴称为电轴 电轴；与 机械轴 。 （垂直于正六面体的棱面）称为 （垂直于正六面体的棱面）称为机械轴 机械轴。
居里点
t/℃
100 200 300 400 500 600
相对介电常数 石英在高温下 石英在高温下相对介电常数 的温度特性
石英晶体
� 石英晶体的突出优点是性能非常稳定，机械强度高，绝 缘性能也相当好。但石英材料价格昂贵，且压电系数比 标准仪器 或要求较高 压电陶瓷低得多。因此一般仅用于 压电陶瓷低得多。因此一般仅用于标准仪器 标准仪器或要求较高 的传感器中。 � 因为石英是一种各向异性晶体，因此，按不同方向切割 的晶片，其物理性质（如弹性、压电效应、温度特性等） 相差很大。为了在设计石英传感器时，根据不同使用要 求正确地选择石英片的切型。 � 石英晶片的切型符号表示方法：
压电石英晶体ppt课件
机械时代的单摆计时标准有以下问题： （1）计时不准确：时间分辨率（解析率低） 秒的量级； （2）计时不准确：受外加环境影响大--摆的长度变化，热
胀冷缩，一般是摆的下端加调节螺栓达到修正摆的长度 的功能（优势）；机械磨损，手表中的部件使用钻石； （3）机械振动，无法成为电路中的电学量的时间频率标准！
包裹体的数量和尺寸严重降低了晶体的质量，在高频应用 中尤其应该注意。AT切片基频24MHz时的厚度仅70 m， 接近于该尺寸的包裹体将使晶片无法正常工作。
国际电工委员会（IEC）根据包裹体的尺寸和浓度规 定了石英晶体的级别。
每立方厘米中各种包裹体的最大数目
级别
Ia I II III
1030m
级别
1 2 3
3070m
8 16 32
70100m
4 8 16
>100m
1 2 4
位错：石英晶体中常见的位错有三种：一是其轴垂直于c轴的 螺旋位错；而是其轴平行于c轴的刃型位错；三是混合位 错。 因为沿c面生长的晶体（即z区晶体）质量最好，所以 我们主要关心的是平行于c轴的刃型位错。
观测位错一般用x射线形貌相机；也可以用化学腐蚀法揭 示腐蚀隧道，以此作为位错数目的量度。
石英晶体的缺陷和电清洗：
缺陷包括：包裹体、位错、杂质、双晶、蓝针、气泡……
包裹体：晶体浸在折射率相匹配的液体中，由光源的散射 光可以观察到得晶体中的外来物质。包裹体有固体的， 也有液体的。最常见的包裹体为锥辉石，即硅酸铁钠 （NaFeSi2O6）。此外，还有硅酸铝钠（NaAlSiO4）和 硅酸锂（Li2Si2O6）等。包裹体的尺寸大多在100m以下， 个别的达1mm以上。
在压电材料中，石英晶体的压电性时比较弱的！ 人们一直在寻找更强压电性的晶体替代石英晶体： GaPO4, AlPO4, La3Ga5SiO14(LGS)，RCaO4(BO3)3
压电铁电物理-王春雷yd09_15
6
wangcl@
7
自发极化Ps Spontaneous Polarization 剩余极化Pr Remnant Polarization 矫顽电场Ec Coercive field
wangcl@ 8
Sawyer-Tower 电路
wangcl@
铁电弛豫体 ferroelectric relaxor
相变不是发生于一个温度点，而是发生于一
个温度区间，因而电容率特性不显示尖锐的 峰，而呈现出相当宽的平缓的峰
电容率呈现极大值的温度随测量频率的升高
而升高
电容率虚部呈现峰值的温度低于实部呈现峰
值的温度，而且测量频率越高，峰值差别越 大
wangcl@ 46
wangcl@ 40
居里-外斯常数
按居里-外斯常数的大小分类（参照图64），这种分类法有利于研究铁电体的相变 机制。居里-外斯常数C 大约在105数量级 的为第一类。这类铁电体的微观相变机制 属于位移型，它主要包括钛酸钡等氧化物 型铁电体。近来发现的SbSI是这一类中的 唯一例外，它不是氧化物。
wangcl@
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表6-1给出了部分铁电晶体的分子式、居 里点和自发极化强度。 对于晶格结构和特性差异如此之大的各 种铁电体，要对它们做完善的统一分类 是不容易的。 到目前为止，对铁电晶体的分类法有许 多种，其中常用的有以下几种。
wangcl@
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单轴铁电体，多轴铁电体
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TGS晶体的起始介电常数与温度的关系
wangcl@
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TGS的定压比热与温度的关系
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罗息盐晶体的自发极化强度与温度的关系
wangcl@
铁电压电物理试题Word版
物理与微电子学院 2003级铁电压电物理试题(A)1．利用静电功，从数学上严格证明对于各项异性的电介质材料的介电常数是对称的，即有如下关系：mn nm εε=2．用足标代换法求出23点群晶体的独立弹性柔顺常数数目、介电常数数目和压电常数的数目。
3．试画出压电晶体的xy 切和yzw-50切型。
4. (a)在描写压电效应时，什么是机械自由和机械夹持边界条件？又有什么样的电学边界条件？(b)机电耦合因子是如何定义的？其物理意义是什么？5.什么是压电振子的谐振频率、反谐振频率，阻抗最大频率、阻抗最小频率，串联谐振频率、并联谐振频率？它们之间存在什么关系？6.什么是介电常数的居里-外斯定律？并从热力学自由能出发，以二级相变为例，得到铁电体在顺电相时的居里-外斯律。
7．弛豫铁电体有那些主要特征？8. 简单说明德拜介电弛豫和阻尼谐振子介电弛豫的主要特点。
9.（a ） 简单描述铁电体的极化反转过程;(b)影响铁电体电畴结构有那几个主要因素？10．钙钛矿结构的容忍因子的定义和物理意义是什么？答案及评分标准(A)1．利用静电功，从数学上严格证明对于各项异性的电介质材料的介电常数是对称的，即有如下关系：mn nm εε=答案：(本题10分)单位体积电介质内的静电功为：e m n dW E dD = （得5分）利用关系：m mn n D E ε=可以得到：e mn m n nm n m dW E dE E dE εε==所以,e emn n nm m m nW W E E E E εε∂∂==∂∂ 因此有：22,e e mn nm n m m nW W E E E E εε∂∂==∂∂∂∂（得5分）即得：mn nm εε=2. 用足标代换法求出23点群独立的弹性常数、介电常数和压电常数的数目。
答案：(本题20分)弹性柔顺常数矩阵的简单表示形式为，⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛=665655464544363534332625242322161514131211s 先考虑第一个2度旋转轴的对称操作，在此操作下，x x ，y-y ，z-z ，或者 11，2-2，3-3， 对应的双下标为 11，22，33，44，5-5，6-6 （得4分）因此弹性柔顺常数矩阵变化为，⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛--------=⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=6656550044003433002423220014131211665655464544363534332625242322161514131211665655464544363534332625242322161514131211s再考虑第二个3度旋转轴的对称操作，在此操作下，x y ，y z ，zx ，或者 12，23，31， 对应的双下标为12，23，31，45，56，6 4 （得4分）因此弹性柔顺常数矩阵变化为，111213140022231225002223240033133500333400111500s 44005500555666466644111212000111200011000440044044⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪⎪ ⎪ ⎪ ⎪== ⎪ ⎪⎪ ⎪⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎛⎫ ⎪⎪ ⎪= ⎪⎪⎪ ⎪ ⎪⎝⎭因此独立的弹性柔顺常数有3个。
O电介质物理程序册[1]
![O电介质物理程序册[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/a3cc234ec850ad02de804174.png)
O电介质物理分会负责人：刘俊明、金奎娟、王春雷分会地点：会场待定邀请报告时间20分钟，讨论5分钟；口头报告10分钟，讨论5分钟。
9月16日下午墙报专场主持人：曹光旱、金奎娟、王春雷、刘俊明9月17日上午主持人金奎娟(中科院物理所)时间报告人题目08:30-08:55 李晓光(中国科大) BiFeO3纳米单晶的自旋团簇玻璃态动力学特性及交换偏置效应研究08:55-09:20 戴吉岩(香港理工) Field effect of 2DEG at LaAlO3/SrTiO3 interface and its application as ionic molecule sensor09:20-09:45 赵永刚(清华大学) 典型多铁体系磁电耦合效应的研究09:45-10:00 姚晓燕(东南大学) 圆锥自旋序导致多铁态的失措调制10:00-10:15 休息主持人李晓光(中国科大)时间报告人题目10:15-10:40 段纯刚(华东师大) Electric-field control of magnetic ordering in the tetragonal BiFeO310:40-11:05 陈万平(武汉大学) BiFeO3的电导机理及其可能实现的最高电阻率11:05-11:20 贺树敏(山东大学) BiFeO3单晶薄膜的微观结构和性能研究11:20-11:35 李美亚(武汉大学) 多铁复合同轴纳米管线的制备与性能研究11:35-11:50 曹高龙(物理所) 多铁材料Bi1-x Ca x FeOδ的微结构与物性研究9月17日下午主持人王雨(香港理工)时间报告人题目14:00-14:25 周益春(湘潭大学) 铁电场效应晶体管保持性能的应变调控14:25-14:50 江安全(复旦大学) 极化调制铁电半导体存储器及其测量技术14:50-15:05 谭秋红(湘潭大学) Polar ZnO Thin-Film Nonvolatile Transistors with (Bi,Nd)4Ti3O12 Gate Insulators15:05-15:20 阚益(南京大学) 扫描探针显微镜铁电畴工程技术15:20-15:35 李雷(浙江大学) 高损耗介质材料微波介电性能的评价方法15:35-15:50 葛琛(物理所) 金属/铁电/金属结构反转二极管效应的理论研究15:50-16:05 休息主持人周益春(湘潭大学)时间报告人题目16:05-16:30 王雨(香港理工) 磁电复合材料微观结构对其耦合行为的影响16:30-16:55 万建国(南京大学) 多铁复合薄膜的磁电耦合效应调控16:55-17:05 樊慧庆(西北工大) 铌镁酸铅铁电体的介电弛豫与V-F特性研究17:05-17:20 范润华(山东大学) Ag/Al2O3复合材料的高频介电性能研究17:20-17:35 杨文露(扬州大学) 植入方法制备Bi5Fe1-x Co x Ti3O15陶瓷的磁电性能17:35-17:50 张溢(湘潭大学) 铁电薄膜翻转动力学9月18日上午主持人万建国(南京大学)时间报告人题目08:30-08:55 孙学峰(中国科大) 多铁性单晶材料的低温热传导与磁转变08:55-09:20 杨怀馨(物理所) Fe2OBO3中的纳米极化畴和强磁电耦合效应09:20-09:35 曹坤(中国科大) 对多铁性材料RMn2O5中电磁子的分子-自旋动力学研究09:35-09:50 陈宏波(浙江大学) 螺旋自旋序多铁材料中键弯曲效应的研究09:50-10:05 仲崇贵(南通大学) 应变作用下量子顺电材料EuTiO3的磁电性质10:05-10:20 休息主持人杨怀馨(物理所)时间报告人题目10:20-10:45 于浦(清华大学) Interface control of bulk ferroelectric polarization10:45-11:10 陆成亮(华中科大) Electric field driven phase transition and phase-dependent magnetism in BiFeO311:10-11:35 吕笑梅(南京大学) SrTiO3的制备及改性研究11:35-11:50 胡古今(上海技物所) 极性缺陷复合体Ti3+-VO¨的产生与解离9月18日下午主持人陈万平(武汉大学)时间报告人题目14:00-14:25 郑仁奎(上海硅所)钙钛矿锰氧化物薄膜材料应变和物理性能的原位调控研究14:25-14:50 赵昆(石油大学) Photovoltaic effects in La-doped manganite films14:50-15:05 颜志波(南京大学) High-Performance Programmable Memory Devices Based on Co-doped BaTiO315:05-15:20 秦霓(中山大学) M/Mg x Zn1-x O(MZO)/M薄膜器件的单极型电阻开关性质及阻变机理15:20-15:35 师玉军(南京大学) La1-x Sr x MnO3覆盖层对LaAlO3/SrTiO3界面二维电子气载流子浓度的调控15:35-15:50 休息主持人赵昆(石油大学)时间报告人题目15:50-16:15 吴勇军(浙江大学) Ti部分置换Fe对钇铁石榴石陶瓷的介电性能和磁介电性能的影响16:15-16:40 朱俊(电子科大) Modulation effect on electrical transportation characteristics of AlGaN/GaN by epitaxial LiNbO3 ferroelectric film16:40-16:55 王大威(西安交大) 钙钛矿结构铁电材料的分子动力学模拟16:55-17:10 郭艳艳(南京大学) Suppression of ferroelectricity and quantum fluctuations in Ru-doped TbMnO317:10-17:25 汪春昌(安徽大学) IsCaCu3Ti4O12 a new relaxor?17:25-17:40 莫忠(中山大学) 有机柔性衬底上室温脉冲激光沉积法制备Er掺杂Bi4Ti3O12薄膜及其介电特性研究墙报展讲报告清单：1.The magnetic training effect of PZT/CFO/PZT composited films, Bo Chen, Jianguo Wan,Junming Liu, and Guanghou Wang, 南京大学2.取向Bi5Fe0.5Co0.5Ti3O15薄膜的制备及性能，毛翔宇，杨文露，王伟，陈小兵，扬州大学3.Co掺杂对Bi6Fe2Ti3O18铁电材料性能的影响，陈春燕，杨文露，武鑫华，毛翔宇，陈小兵，扬州大学4.Eu、Co双掺杂对Bi5FeTi3O15铁电和铁磁性能的影响，武鑫华，王伟，毛翔宇，陈小兵，扬州大学5.Tuning the polarization and magnetism in BiCoO3 by strain and oxygen vacancy effect: afirst-principle study, Xing-Yuan Chen, and Yu-Jun Zhao, South China University ofTechnology6.高能球磨法低温制备微波介电陶瓷，程琳，刘鹏，陈晓明，陕西师范大学7.锰氧化物中相分离态介电电泳机制的模拟，储鹏，董帅，刘俊明，南京大学、东南大学8.Hf掺杂浓度对电子型掺杂锰氧化物La1-x Hf x MnO3(0.05≤x≤0.3)的磁学和电学特性的影响，郭尔佳，王乐，吕惠宾，何萌，金奎娟，汪琳，吴真平，高矩，北京凝聚态物理国家实验室、香港大学物理系9.Nonstoichiometry-induced ferroelectricity and ferromagnetism in bulk SrTiO3, Y. Y. Guo,H. M. Liu, and J. –M. Liu, Nanjing University10.不同晶粒尺寸BaTi0.995Mn0.005O3陶瓷的时效效应，郭艳艳，南京大学11.基于压电材料的超声微流筛选芯片的制备与表征，李思晢，邓宇亮，国世上，赵兴中，武汉大学12.NiFe2O4薄膜电致电阻开关性能研究，胡伟，秦霓，伍广亨，包定华，中山大学13.Significant polarization variation near room temperature of Ba0.65Sr0.35TiO3 thin films forpyroelectric energy harvesting, K. Huang, J. B. Wang, X. L. Zhong, B. L. Liu, and Y. C.Zhou, Xiangtan UniversityTO/环氧树脂复合材料的力学及介电性能，黄旭，郑兴华，汤德平，杨小炳，陈凤英，福州大学15.铁电半导体Pb(Fe1/2Nb1/2)1-x Ti x O3单晶的非线性电学性能，贾艳敏，罗豪甦，浙江师范大学、中国科学院上海硅酸盐研究所16.Size dependent domain configuration and electrocaloric properties in BaTiO3 constrainedferroelectric system: A phase field investigation, B. Li, J. B. Wang, Xiangtan University 17.Recent progress in experimental study on the deformation and fracture of ferroelectricceramics/single crystals, Yingwei Li, Faxin Li, Hairong Cai, Peking University, Dalian University of Technology, Institute of Acoustics, Chinese Academy of Sciences18.基于压电材料的超声微流筛选芯片的制备与表征，李思晢，邓宇亮，国世上，赵兴中，武汉大学19.循环电场调制多铁CoFe2O4/Pb(Zr0.53Ti0.47)O3异质薄膜，李子威，万建国，宋凤麒，王广厚，南京大学20.Eu3+/Y3+共掺杂ZrO2薄膜的介电及发光性能，梁立容，周洪，伍广亨，包定华，中山大学21.Mn缺失与Fe掺杂的Ca3CoMnO6的多铁性研究，林林，郭云均，谢云龙，董帅，颜志波，刘俊明，南京大学、江苏教育学院、东南大学22.Great improvement of electricaloric in BST compositional graded films, B. L. Liu, J. B.Wang, Xiangtan University23.xBST-(1-x)(LMT-LNT)陶瓷中的异常介电非线性与介电弛豫行为，刘成，刘鹏，陕西师范大学24.基于地磁扰动的磁性目标静态检测，刘国希，董蜀湘，北京大学25.铁电体中光辅助极化反转的动态研究，朱美玲，刘宏德，梁启锐，孔勇发，许京军，南开大学26.Role of Ti-richness in SrTiO3, H. M. Liu, Y. Y. Guo, and J. –M. Liu, Nanjing University27.Fragile magnetic ground state and metal-insulator transitions in CaCrO3: thefirst-principles calculations, H. M. Liu, C. Zhu, C. Y. Ma, S. Dong, and J. –M. Liu,Nanjing University28.Spin order induced ferroelectricity in DyMnO3: doping effects, N. Zhang, S. Dong, Z. B.Yan, K. F. Wang, and J. –M. Liu, Nanjing University29.镍锌铁氧体 Ni0.37Zn0.63Fe2O4和铁电体PZT多铁复合陶瓷的介电性能和磁性能，刘倩，周剑平，陈晓明，刘鹏，王燕，肖瑞娟，杨若琳，陕西师范大学30.First Principles Study of Improper Ferroelectricity with Cyclocial Order DyMnO3 , ChunYang Ma, Nanjing University31.球磨时间对Al-Sn物相的影响，马海燕，陈晓明，刘鹏，周剑平，陕西师范大学32.Zn掺杂BiFeO3陶瓷的制备及其性能，马志洪，郑兴华，汤德平，陈培津，高琳珊，福州大学33.Si83Ge17/Si压应变衬底上HfO2栅介质薄膜的电学性能，涂雅婷，周广东，张守英，邱晓燕，西南大学34.Si83Ge17/Si衬底上HfAlO x栅介质薄膜的电学性能，张守英，周广东，涂雅婷，邱晓燕，西南大学35.无磁性掺杂HfAlOx薄膜的室温弱铁磁各向异性，周广东，张守英，涂雅婷，邱晓燕，西南大学36.Bi5Fe0.5Co0.5Ti3O15薄膜的磁与铁电性研究，孙慧，吕笑梅，朱劲松，南京大学37.Two nonspiral spin orders induced spiral spin order in the RMnO3: Monte Carlosimulations, Yong Mei Tao, Nanjing University38.R-site substitution induced coexistence of two cycloid-phases in multiferroic RMnO3:Monte Carlo simulations, Yong Mei Tao, Nanjing University39.Ca2TiMnO6低温介电性能研究，王国景，汪春昌，黄守国，雷长梅，孙晓红，李腾，梅既云，安徽大学40.多铁超晶格界面诱导巨磁电耦合效应，王宏伟，何力新，中国科技大学41.The magnetic phase transition in Cu-doped ZnO: From bulk to nanocluster, Qianjin Wang,Qiuhong Tan, Jinbin Wang, Xiangli Zhong, Yichun Zhou, Xiangtan University42.准二维多铁性材料CuFeO2的热输运性质研究，王新明，范诚，赵志颖，张发宝，柯文炮，刘旭光，孙学峰，中国科学技术大学43.Sol-gel方法制备BiFeO3薄膜的漏导特性，王秀章，骆文锦，周双，蒋西西，湖北师范学院44.多铁Er1-x Yb x Fe2O4的荧光光谱研究，武睿，王瑞，杨槐馨，秦元斌，董斌，李建奇，赵继民，中国科学院物理研究所45.微波调谐Ba0.5Sr0.5TiO3-MgO-Mg2TiO4的介电性能研究，赵静媛，吕超，徐业彬，华中科技大学0.7Sr0.3MnO3薄膜电致电阻效应的研究，徐中堂，金奎娟，王灿，吕惠宾，王聪，王乐，杨国桢，中国科学院物理研究所47.Ca(1-x)Ce0.5x Cu3Ti4O12(x=0,0.1,0.25,0.5,1)陶瓷介电性能研究，闫妍，刘鹏, 杨锋莉,王亚娟，陕西师范大学48.CaCu3Ti4O(12-x)Cl x(x=0,0.2,0.4,0.6,1)陶瓷介电性能研究，杨锋莉，吴俊林, 闫妍,刘鹏，陕西师范大学49.EuTiO3薄膜漏电机制研究，赵润，李伟伟，孟庆权，杨军，汤如俊，杨浩，苏州大学50.First principle study of polarization-strain coupling in SrBi2Ta2O9 and Bi4Ti3O12, Q. Yang,Y. C. Zhou, J. X. Cao, Y. Ma, Xiangtan University51.交流电压老化下聚酰亚胺薄膜的红外和介电性质研究，杨阳，尹镝，熊锐，石兢，田付强，王暄，雷清泉，武汉大学、北京交通大学、哈尔滨理工大学52.Cu位掺Fe对CaCu3Ti4O12电学性能的影响，杨芝，张悦，熊锐，石兢，武汉大学53.磁场对PbZr0.52Ti0.48O3/La3/8Ca5/8MnO3多铁复合薄膜中介电和铁电性质的影响，姚一平，刘愉快，董思宁，李晓光，中国科学技术大学54.Dielectric Properties of CaCu3Ti4O12 at High Temperatures, Mei-Ni Zhang, Chun-ChangWang, Ke-Biao Xu, Guo-Jing Wang, Chen-Chen Yin, Anhui University55.Z型铁氧体中的磁介电效应，张鑫，赵永刚，崔永锋，王嘉维，张森，张慧云，朱美红，清华大学56.Retention loss in the ferroelectric (SrBi2Ta2O9) - insulator (HfO2) - silicon structurestudied by piezoresponse force microscopy, Z. H. Zhang, X. L. Zhong, Y. Zhang, J. B.Wang, and Y. C. Zhou, Xiangtan University57.烧结温度对Pb0.7Ti0.3Nb2O6介电陶瓷电学性能的影响，赵小刚，刘鹏，陈晓明，陕西师范大学58.Magnetoelectric Coupling of (Pb0.99Nb0.02)(Zr0.85Sn0.13Ti0.02)O3/Co Heterostructural Film,Mingxiu Zhou, Ziwei Li, Jian-guo Wan, and Guanghou Wang, Nanjing University59.铋掺杂TbMnO3陶瓷磁与介电性能研究，张超，吕笑梅，朱劲松，南京大学、河南科技大学60.外延NiO/Nb(0.7%):SrTiO3异质结的电阻变换效应，朱永丹，李美亚，赵兴中，武汉大学。
压电铁电物理-王春雷y幻灯片
C 0
lwl lt
容抗： ZCj 1Cjl0tlwl 电流随频率
单调增加，
电流：
IV ZC
V lt j0lwl
有位相差
通过薄长片压电振子的电流
因为通过压电振子电极面上的电流I3等于电极面 上的电荷Q3随时间的变化率，即:
I3
dQ3 dt
而电极面上的电荷Q3与电位移D3的关系为
Q 30 l 0 lwD 3 x ， td x d y
X 1 s 1 1 E 1 [ k A s i n ( k x ) B c o s ( k x ) ] k e j t d s 1 3 E 1 1 E 0 e j t
代入边界条件得: x=0时,X1=0：
0s1 1 E 1Bkejtd s1 3 E 1 1E0ejt
x=l时, X1=0：
V3 I3Z 或者 ZV3/I3
压电振子的等效导纳G为:
G 1/ZI3/V 3
I3jllw3x3ds13E 211tank(lk2l)E3
2
两电极面之间的电压V3为: 压电振子的等效导纳为：
V 30 ltE3d zltE3
Gjllt lw3x3
ds13E 211
tank(lk2l)
2
牛顿定律
压电方程
Hale Waihona Puke ks in ( k l)
为了对上式所表示的波形有较具体的了解，在 图5-2中，绘出了t=0及t= /=1/2周期时的 波形。从图5-2中可以看出上式代表纵驻波方程 式，即在薄长片压电振子中传播的是纵驻波。
图5-2 薄长片压电振子的纵向振动
t=0时：
u d 3 1 E 0c o s(k (l x )) c o s(k x )
压电铁电物理-王春雷yd09_03
wangcl@
1
空间群的概念
晶体的对称性，不仅包括了宏观对称元素， 晶体的对称性，不仅包括了宏观对称元素， 而且也包括了微观对称元素。 而且也包括了微观对称元素。 平移不变性（ invariance） 平移不变性（translation invariance） 这样微观对称元素共有两个： 这样微观对称元素共有两个： 螺旋轴（ rotation） 螺旋轴（screw rotation） 滑移面（glide）。 滑移面（glide）。
wangcl@ 9
例如：空间群I42d表示四方体心格子， 在沿c轴方向为四次旋转倒反轴，在a轴 与b轴方向上为二次旋转轴，在a轴与b轴 之间的对角线方向上为滑移面。又如空 间群P21212表示是正交原始格子，沿a轴 和b轴方向上为二次螺旋轴，沿c轴方向 为二次旋转轴。
wangcl@
26
立方晶系
晶轴。立方晶系的特点是具有四个三次旋转 轴（包括旋转倒反轴），同时不是有三个 相互垂直的四次旋转轴（包括旋转倒反 轴），就是有三个相互垂直的二次旋转轴， 分别选择这些四次或二次轴为a、b、c轴。 晶格常数大小为：a=b=c，晶轴之间夹角为 α=β=γ=90°。 坐标轴（x、y、z）。通常选择晶轴a、b、c 为坐标轴x、y、z。
wangcl@
5
滑移面 slide
平移对称与对称面结合即形成“滑移 面”。滑移面操作为对此平面反映后， 再沿平行于此平面的某个方向上平移二 分之一或四分之一周期，图形即可自身 重合。滑移面的国际符号为a、b、c、n、 d等。
wangcl@
6
例如，a表示沿a轴方向的滑移面，平移 a/2；n表示沿对角线方向的滑移面，平移 （a/2+ b/2），或（b/2+ c/2）或（c/2+ a/2）；d表示沿对角线方向的滑移面，但 平移为（a/4+ b/4），或（b/4+ c/4）或 （c/4+ a/4）。
压电石英晶体
– 谐振器的等效电路、振动模式；振荡器原理
压电石英晶体
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参考书目： 秦自楷 等，《压电石英晶体》，国防工业出版社，
北京，1980 张沛霖，钟维烈 等，《压电材料与器件物理》，
山东科学技术出版社，济南 1997
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T 2 L g
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机械时代的单摆计时标准有以下问题： （1）计时不准确：时间分辨率（解析率低） 秒的量级； （2）计时不准确：受外加环境影响大--摆的长度变化，热
胀冷缩，一般是摆的下端加调节螺栓达到修正摆的长度 的功能（优势）；机械磨损，手表中的部件使用钻石； （3）机械振动，无法成为电路中的电学量的时间频率标准！
压电石英晶体
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人工石英晶体：
实用的石英晶体绝大部分是 人工培育的。人工石英晶体 收籽晶（Seed）形状和生长 条件的影响有不同的外形。 常见的人工石英晶体有沿y轴 较长的y棒和z面较大的z板。
y-bar z-plate
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石英晶体各晶面法线夹角
两个晶面
夹角
两个晶面
夹角
mm
600
Rr
4618’
mR
3813’
sR
2858’
mr
3813’
sr
2858’
ms
3755’
sx
2554’
压电铁电物理-王春雷yd09_07
注意:在某一频率范围的介质损耗小，并不 等于在所有频率范围内的介质损耗都小。 例如，铌酸锂LiNbO3晶体在室温（20°C）时 的损耗因子tan(δ)与频率的关系如图2-18所 示。从图中可以看出，在频率为107Hz附近 损耗很大，因此设计器件时就应考虑避开此 频率附近。如选用LiNbO3晶片做纵向振动时 就不应选择大小约为7.6×7.6×25.4的晶片。
wangcl@
26
对电场的响应
铁电体大致可以分为两种类型： 有序无序型： 可描写为可转动的偶极子的集合。 位移型： 可描写为有阻尼的准谐振子的系统。
wangcl@ 27
对于可转动的偶极子系统，电场撤除后，偶 极子由有序到无序的过程是一个驰豫过程， 可用exp(-t/τ)来描写，τ是弛豫时间。因此衰 减函数可以写为：
0
∞
为了使（6.3）成为无量纲的量，我们将衰 减函数写成
α( t ) = ω0 exp(− γt / 2) sin ω1t ω1 = (ω0 − γ 2 / 4)1/ 2 ，将（6.8）代如 式中
（6.3）既得到谐振型的介电色散方程
Ω2 ε r (ω) = ε r (∞) + 2 ω0 − ω2 + iχωγ
2P = π
ω' dω' 2 2 0 ω' −ω ω ' ε r (ω' ) − ε r (∞) 2 dω' 2 ω − ω'
∫
∞
'' ε r (ω' )
]
式中积分前的字母P表示积分时取Cauchy积 分主值，即积分路径绕开奇点ω= ω’。
wangcl@ 25
上式表明，如果在足够宽的频率范围内已 知εr’，则可以计算出εr”，反之亦然。 频率范围足够宽的含义就是在该范围以外， εr’ 和εr” 无明显的色散现象。 前边的统一式子表明，不同系统的特性表 现在衰减函数α（x）上。
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x6 s1E6 X1 s2E6 X 2 s3E6 X 3 s4E6 X 4 s5E6 X 5 s6E6 X 6 d16E1 d26E2 d36E3
D1
d11 X 1
d12 X 2
d13 X 3
d14 X 4
d15 X 5
d16 X 6
X 11
E1
X 12
E2
X 13
E3
D2
x ( x )1 X ( X )1
wangcl@
9
压电方程组中各常数之间的关系
弹性常数与压电常数之间的关 系
3
s
E ij
s
D ij
d mig mj
m1
3
c
D ij
c
E ij
emih mj
m1
sE sD dt g gt d
dt X d gt X g
cD cE et h ht e
E gX XD
wangcl@
5
第四类压电方程组（xi，Dm）
6
3
X i ciDj x j hmiDm
j 1
m 1
6
3
Em hmj x j
x mn
Dn
j 1
n 1
X cD x ht D
E h x xD
wangcl@
6
（1）表中i、j=1、2、3、4、5、6，m、n=1、2、3；
d 21 X 1
d22 X 2
d23 X 3
d24 X 4
d25 X 5
d26 X 6
X 12
E1
X 22
E2
X 23
E3
D3
d31 X 1
d32 X 2
d33 X 3
d34 X 4
d35 X 5
d36 X 6
X 13
E1
X 23
E2
X 33
E3
wangcl@
12
可见压电方程组共包括九个方程式， 前六个称为弹性方程， 后三个称为介电方程。
i 1
n 1
6
3
Dm
emi xi
x mn
En
i 1
n 1
X cE x et E
D e x xE
wangcl@
4
第三类压电方程组（Xj，Dm）
6
3
xi siDj X j gmi Dm
j 1
m 1
6
3
Em
gmj X j
X mn
Dn
j 1
n 1
x sD X gt D
x3 s1E3 X1 s2E3 X 2 s3E3 X 3 s3E4 X 4 s3E5 X 5 s3E6 X 6 d13E1 d23E2 d33E3
x4 s1E4 X1 s2E4 X 2 s3E4 X 3 s4E4 X 4 s4E5 X 5 s4E6 X 6 d14E1 d24E2 d34E3 x5 s1E5 X1 s2E5 X 2 s3E5 X 3 s4E5 X 4 s5E5 X 5 s5E6 X 6 d15E1 d25E2 d35E3
et xe ht xh
cE (sE )1 cD (sD )1
wangcl@
10
各类压电常数之间的关系
3
6
dmi
g X mn ni
siEj emj
n 1
j 1
d e sE X g
3
6
emi
h x mn ni
ciEj dmj
n 1
j 1
e d cE x h
wangcl@
2
第一类压电方程组（Xj，En）
6
3
xi siEj X j dniEn
j 1
n 1
6
3
Dm
dmj X j
X mn
En
j 1
n 1
x sE X dt E
DdX XE
wangcl@
3
第二类压电方程组（xi，En）
6
3
X j ciEj xi enj En
机电耦合系数 electro-mechanical coupling
factor
➢一般情况下的压电方程组 ➢机电耦合因子
wangcl@
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一般情况下的压电方程组
在上节中以z切割的钛酸钡晶片为例，分别讨论了压电方程组以及各常数 之间的关系。下面将进一步给出一般情况下的压电方程组以及各常数之 间的关系。虽然一般情况下的压电方程组比较复杂，但是处理方法以及 各常数之间的关系，基本上与节中一致。所以这里只给出结果，不作详 细地重复讨论。
3
6
gmi
d x mn ni
siDj hmj
g h sD
X d
n 1
j 1
h g cD x e
3
6
hmi
e x mn ni
ciDj gmj
n 1
j 1
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举例说明: 第一类压电方程组分量表达式
x1 s1E1X1 s1E2 X 2 s1E3 X 3 s1E4 X 4 s1E5 X 5 s1E6 X 6 d11E1 d21E2 d31E3 x2 s1E2 X1 s2E2 X 2 s2E3 X 3 s2E4 X 4 s2E5 X 5 s2E6 X 6 d12E1 d22E2 d32E3
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压电方程组中各常数之间的关系
介电常数与压电常数之间的关系
6
X mn
x mn
dniemi
i 1
6
x mn
X mn
g ni hmi
i 1
X x d et e dt
dcEdt esEet
x X g ht h gt
gcD gt hsDht
每个方程又包括九项，前六项与应力 有关，后三项与电场强度有关。
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第一类压电方程组的矩阵形式为：
X1
X
2
s1E1 s1E2
X3 X4
（2）表中dt矩阵是d矩阵的转置矩阵，et、gt和ht是e、g和h的转置矩阵。 （3）表中短路弹性柔顺常数sEij=(xi/Xj)E为短路时由于应力分量Xj变化引起应
变分量xi的变化与应力分量Xj的变化之比。
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压电常数dni=(xi/En)X =(Dn/Xi)E为机械自由时由于电场分量En变化引起应 变分量xi的变化与电场分量En的变化之比；或者短路时，由于应力分量Xi变化 引 起 电 位 移 分 量 Dn 的 变 化 与 应 力 分 量 Xi 的 变 化 之 比 。 介 电 常 数 Xmn=(Dm/En)X为机械自由时，由于电场分量En变化引起电位移分量Dn的变 化与电场分量En的变化之比。其它常数与此类似。