铁电体材料理论与性综述

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: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
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
3、相关概念
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 。
4. 铁电材料的钙钛矿结构
念
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(Zn1/3Nb2/3)O3，Pb(Mg1/3Nb2/3)O3 Pb(Ni1/3Nb2/3)O3， Pb(Mg1/3Ta2/3)O3
一、铁电体材料相关概
2、什么是铁电体材料？
念
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。
一、铁电体材料相关概
3、相关概念
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
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）。
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。
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。
一、铁电体材料相关概
3、相关概念
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
压电陶瓷材料 PZT
一、铁电体材料相关概
3、相关概念
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。
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。
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。
一、铁电体材料相关概
3、相关概念
念
电介质材料
压电材料：石英wk.baidu.com
热释电材料：电气石 铁电材料：KDP
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
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。
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
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