铁电体的结构相变

铁电体的结构相变

系别：材料工程系

学生姓名：牛佳伟

专业班级：材料成型与控制技术材料一班学号：20091360111

指导教师：刘永超

2011 年9 月26日

独创性声明

本人声明所呈交的毕业论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

论文作者签名：牛佳伟

日期： 2011 年 9月 26 日

毕业论文版权使用授权书

本毕业论文作者完全了解学校有关保留、使用毕业论文的规定，即：学校有权保留并向有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权郑州职业技术学院要以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本论文。

保密□，在________年解密后适用本授权书.

本论文属于

不保密□。

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毕业论文作者签名：指导教师签名：

日期：年月日日期：年月日

目录

摘要 (Ⅰ)

1绪论

1.1 铁电体的定义 (1)

1.2 铁电梯的介电系数 (2)

1.3 铁电梯的分类 (2)

2数据仓库技术(铁电体的结构相变)

2.1有序—无序型相转变铁电体自发极化的微观理论 (4)

2.1-1 罗息盐的铁电性 (5)

2.1-2 KDP的铁电性 (5)

2.2位移型相转变铁电体自发极化的微观理论 (6)

2.2-1BaTiO3铁电性 (6)

致谢 (10)

摘要

介绍了几种用于铁电性的理论方法和模型以及相关的研究进展。用来模拟多晶生长的动力学特性，这又为我们研究铁电陶瓷的物理性质提供了一条途径。有效场方法是另一个描写铁电相变的简单而且实用的方法，这里介绍了利用这一方法处理混合铁电体的相变温度随组分的变化，以及量子起伏对铁电相变过程的影响。第一原理计算方法近几年被广泛用于研究铁电体电子结构和相关物理性质。随着计算软件和计算机硬件体系的发展，由这一方法不仅可以得到块体材料的电子结构，多数软件具有进行几何结构优化的功能，而且部分计算能够进行极化强度以及压电性质的计算。通过适当模型的构建，第一原理计算方法已经应用于表面界面、具有掺杂和氧空位等缺陷体系物理性质的研究。这种方法为实现材料性能的理论设计提供了一个有利的工具。在第一原理计算的基础上，结合分子动力学模拟、格林函数等方法，可以进行有限温度下的动力学性质研究。虽然不同层次上的理论方法和模型可以用来研究铁电体的各种物理性质，但是铁电性的许多基本物理问题远没有很好的解决，例如铁电体自发极化产生的物理机制，以及弛豫铁电体所表现出的奇异的物理性质。这些基本问题的完善解决有待于理论和实验工作者的共同努力。

关键词：铁电体；结构；

第1章绪论

1.1 铁电体的定义

某些晶体在一定的温度范围内具有自发极化，而且其自发极化方向可以因外电场方向的反向而反向，晶体的这种性质称为铁电性，具有铁电性的晶体称为铁电体。它之所以称为铁电体，是因为它与铁磁体在许多物理性质上有一一对应之处，如电滞回线对应磁滞回线，电畴对应磁畴，顺电-铁电相变对应顺磁-铁磁相变、电矩对应磁矩等等，而并非晶体中一定含有“铁”。至于一种晶体是否是铁电体，我们并不能根据其内部结构的对称性来预测，只能通过实验来测定。铁电体的重要特征之一是具有电滞回线，电滞回线的存在是判定晶体为铁电体的重要根据。

1.2 铁电体的介电系数

通常所说的介电系数是在小讯号电场作用下测得的介电系数

定义为铁电体的介电系数，又称为微分介电系数，其数学定义式

为Array

1.3 铁电体的分类

（1）按相变的微观结构分：

位移型相变铁电体：

非水溶性的硬铁电体属于位移型相转变铁电体，具有氧八面体结构。典型物质有钛酸钡、铌酸镉、铌酸锶。成因是：居里点以下，氧八面体中心离子产生偏心位移而形成偶极子，而氧离子则使偶极子之间耦合，产生自发式极化。

有序无序型铁电体：

水溶性的软铁电体属于此类铁电体。成因是：氢键的协调作用而使偶极子自发地有序排列从而产生自发极化。

此类方法方便于分析理解铁电性的起因。

（2）按结晶化学分类

含有氢键的晶体：

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。典型物质：磷酸二氢钾（KDP）、三甘氨酸硫酸盐（TGS）、罗息盐（RS）。

双氧化物晶体

这类晶体是从高温熔体或熔盐中生长出来的，又称为硬铁电体．其中很多是以氧离子八面体为基本结构单元的，并在氧离子间隙中填有高价正离子。典型物质有：BaTiO3 KNbO3 KTaO3等

（3）按极化轴多少分类

单晶轴极化：极化只能沿一个晶轴方向极化的铁电体。典型物质：RS、KDP

多晶轴极化：极化可以沿多个晶轴方向极化的铁电体。典型物质：BaTiO3等

此分类方法方便铁电畴的研究。

（4）按铁电体在非铁电相时有无对称中心分类

无对称性铁电体：一般具有压电效应。典型物质钽铌酸钾（KTN）、磷酸二氢钾（KDP）

有对称性铁电体：一般无压电效应。典型物质：BaTiO3、三苷肽硫酸（TGS）

适用于铁电相变的热力学处理。

第2章铁电体的结构相变

2.1有序—无序型相转变铁电体自发极化的微观理论

2.1-1 罗息盐的铁电性

（1）罗息盐晶体结构是斜方晶系，只在沿晶轴a的方向具有自发极化

（2）在-18℃和23℃时取得a轴方向的两个最大值，其他方向的介电系数几乎不随温度的变化而变化。

（3）在自发极化区域之外的居里点附近满足居里-外斯定律：（4）自发形变大，压电模数大。

（5）抗气候能力差，工作温度窄

2.1-2 KDP的铁电性