4-1铁电材料的基本知识
4-1铁电材料的基本知识
§4-1 铁电材料的基本知识
铁电陶瓷：在一定温度范围内具有自发极化，且自 发极化能为外电场所转向的陶瓷称为铁电陶瓷。 由于其介电系数高达 103~104 ，故又称为强介瓷。其 介电损耗偏大，tgδ约为1~2×10-2，适于制作小体积， 大容量的低频电容器。 主要是以 BaTiO3 为基本成分，具有钙钛矿结构的多 种固溶体。
‹#›/228
§4-1 铁电材料的基本知识
铁电陶瓷的介电系数与外施电场的强度具有非线性 的关系。一般电容器用铁电陶瓷，都尽量降低这种 非线性。
但制作压敏电容器时，却要求电容量能随外施电场 灵敏地变化。
‹#›/228
§4-1 铁电材料的基本知识
铁电陶瓷的应用 介电性：电容器 压电性：如声表面波器件、 超声换能器、压电马达 热释电性：如红外探测器
第一次表明罗息盐自身存在持久极化首次给出电荷与电场之间的回线41铁电材料的基本知识??2281921年公开出版的首条电滞回线41铁电材料的基本知识??228铁电体在铁电态下极化对电场关系的典型回线oa
电子材料
国家级精品课程
§4-1 铁电材料的基本知识
重点掌握的几个概念： 自发极化 剩余极化 矫顽场 铁电体 电滞回线 电畴 铁电陶瓷
‹#›/228
§4-1 铁电材料的基本知识
铁电体（ferroelectric）：具有自发极化，且自发极 化方向能随外场改变的晶体。它们最显著的特征， 或者说宏观的表现就是具有电滞回线。 电滞回线（hysteresis curve）：铁电体在铁电态下 极化P对电场E关系的典型回线。 铁电体的电滞回线是铁电畴在外电场作用下运动的宏 观描述。
B point：极化饱和，单畴 BC：感应极化增加，总极化增大 CBD：电场减小，极化减小 OD：电场为零，剩余极化Pr OE：自发极化Ps OF：矫顽场Ec 铁电体的电滞回线
铁电功能材料PPT课件
2021/3/19
23
2、 电滞回线 hysteresis loop
在强电场作用下，使多畴铁电体变为单畴铁电体或使 单畴铁电体的自发极化反向的动力学过程称为畴的反转。
使剩余极化强度降为零时的电场值Ec称为矫顽电场强 度（矫顽场）
变化过程：
A→B→C→B→D→F
ABO3型钙钛矿结构
2021/3/19
12
ABO3型钙钛矿晶胞结构
2021/3/19
13
1. 铁电材料的钙钛矿结构
❖ 离子A、B、C的半径RA、RB、RO满足下列关系才 能组成ABO3结构： RA+RO=√2 t （RB+RO）
式中t为容差因子，可以在0.9~1.1范围内，这样A离 子半径约为1.00~1.40A，B离子半径约为0.45~0.75， 氧离子半径为1.32A。
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
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。
2021/3/19
6
电介质的极化与铁电性
5、热释电效应 pyroelectric effect
由于温度的变化，晶体出现结构上的电荷中 心相对位移，使自发极化强度发生变化，从而在 两端产生异号的束缚电荷，这种现象称为热释电 效应。
6、 居里温度Tc Curie temperature
铁电陶瓷只在某一温度范围内才具有铁电性，它 有一临界温度Tc.，当温度高于Tc时，铁电相转变为 顺电相，自发极化消失。
4-1 钢的热处理
（1）建立C曲线 ： 共析钢A的等温转变曲线的建立 通过等温冷却实验建立的 60个试样 10*6－盐浴炉t－水冷 通过实验测出：不同过冷A在恒温下开 始转变和转变终了的时间，画到温度—— 时间坐标系中，然后把开始时间和转变终 了时间分别连接起来，即得共析钢C曲线。
材料学院金工教研室 李志勇 20110407
材料学院金工教研室 李志勇 20110407
小结：
1、概念：加热、保温、冷却。
室温组织P
2原理
1、析钢共A化 A化的形成过程 1、钢在加热时的转变 2、亚共析钢A化 3、过析钢共A化 723-650 1、P的转变 650-600 等温冷却 600-550 2、B氏的转变B上、B下 3、M氏的转变230以下 2、钢在冷却时的转变 连续冷却 炉冷、空冷、水冷、油冷
材料学院金工教研室 李志勇 20110407
作业：
3T 4T
材料学院金工教研室 李志勇 20110407
材料学院金工教研室 李志勇 20110407
组织性能：塑韧性低、脆性大。--不是理想组织。
材料学院金工教研室 李志勇 20110407
材料学院金工教研室 李志勇 20110407
·350℃--230℃等温转变得B下，针状P39图 3-8（b）图如下所示：
材料学院金工教研室 李志勇 20110407
材料学院金工教研室 李志勇 20110407
二、碳合金相图
1、体心立方晶格 1．原子—结点—晶格—晶胞—晶格类型 2、面心立方晶格 =单晶体=多晶体 3、密排六方晶格 不断形核 实际结晶温度 1、纯金属的结晶 —冷却曲线 过冷度 形核不断长大 理论结晶温度 1化学成分 1组元 2、二元合金 2稳定化合物 2相；液相、纯金属、固溶体、金属化合物 3、二元匀晶相图：成分变化规律和杠杆定律 1、F 1、纯铁 2、A 4、铁碳合金相图 3、Fe3C====== 2、钢 4、P 5、Ld 3、生铁
化学选修四4-1
B．X 为正极，电极反应式为 4H2O＋4e ===4OH ＋2H2↑ C．X 为负极，电极反应式为 Si＋6OH －4e
－ － － － ===SiO2 3 ＋ 3H2O
Si － 4e ＋ 6OH ===SiO 2 3 ＋
－ － －
3H2O；铁为正极：4H2O＋ 4e
－
－
D．Y 为负极，电极反应式为 Fe－2e ===Fe2
目标定位
知识回顾
主目录
学习探究
自我检测
学习探究 归纳总结
基础自学落实·重点互动探究
1．原电池原理是把氧化反应和还原反应分开进行，还原剂在负极上失去电子发生 氧化反应，电子通过导线流向正极，氧化剂在正极上得到电子发生还原反应。 2．原电池电极及电极反应特点 (1)负极为电子流出极，相对活泼，通常是活动性较强的金属或某些还原剂，电极被 氧化，发生氧化反应。 (2)正极为电子流入极，相对不活泼，通常是活动性较差的金属或非金属导体，一般 是电解质溶液中的氧化性强的离子被还原或电极上附着物本身被还原，发生还原反应。 3．原电池的设计 从理论上讲，任何一个自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。关键是选 择合适的电解质溶液和两个电极。 (1)电解质溶液：一般能与负极反应，或者溶解在溶液中的物质 (如O2)与负极反应。 (2)电极材料：一般较活泼的金属作负极，较不活泼的金属或非金属导体作正极。
＋
===4OH ＋ 2H2↑ ，总反应方 程 式 ： Si ＋ 2NaOH ＋ H2O===Na2SiO3＋ 2H2↑。
目标定位
知识回顾
主目录
学习探究
自我检测
学习探究
基础自学落实·重点互动探究
学习小结
目标定位
知识回顾
钢铁材料基础知识
钢铁材料基础知识1 材料：金属、非金属2 金属材料：共性：有光泽、良的导热导电性能，金属学中分为晶体黑色金属：铁、钴、镍有色金属（非黑色金属）3 钢铁材料纯铁、钢材、铸铁3.1 纯铁：铁的密度为7.9克/立方厘米，熔点，是1534℃，3.2 钢：铁中加入碳，0.02-2.11%之间，理论上讲，我们使用的是钢，丌是铁，有时将低碳钢叫做铁，是错误的。
3.3 钢的一些性能物理性能熔点在1148℃以上；密度在7.85克/立方厘米；线膨胀系数10.6-12×10-6×/℃；弹性模量E=210GPa材料力学中简支梁公式y=PX/12EI×（3l2/4-x2）最大挠度y=PL3/48EJ I 惯性矩悬臂梁y=PX2/6EI×（3l-x）最大挠度y= PL3/3EJRmax=Mmax/WZGB228-1987 金属拉伸试验方法GB/T228-2002 金属材料室温拉伸试验方法开始改GB/T228.1-2010 金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法抗拉强度Re（σb）；屈服强度Rm（σs）；断后伸长率A%；硬度（HB、HR、）不抗拉强度紧密相关大约是Re=0.3-0.6HBGB/T229-2007 金属材料夏比摆锤冲击试验方法冲击吸收能量K（94标准为吸收功）化学性能：五大元素 C Si Mn S P 影响韧性碳对钢材性能的影响铁中加入碳之后，随着碳含量增加，钢材的抗拉强度增加。
韧性下降4 钢材的种类按化学成份分类(1) 碳素钢：a.低碳钢（C≤0.25%）；b.中碳钢（0.25≤C≤0.60%）；c.高碳钢（C≥0.60%）。
(2)合金钢：a.低合金钢（合金元素总含量≤5%）b.中合金钢（合金元素总含量>5~10%）c.高合金钢（合金元素总含量>10%）。
按用途分(1)普通钢a.碳素结构钢：。
b.低合金结构钢c.特定用途的普通结构钢(2)优质钢（包括高级优质钢）(a)优质碳素结构钢；(b)合金结构钢；(c)弹簧钢；(d)易切钢；(e)轴承钢；(f)特定用途优质结构钢。
铁电材料的性质研究
铁电材料的性质研究随着人类科技的不断进步，材料科学领域发展迅速，特别是铁电材料的研究备受关注。
铁电材料具有非常特殊的电学性质，可广泛应用于信息存储、传感器、微机电系统等领域。
本文将着重介绍铁电材料的性质研究。
一、什么是铁电材料？铁电材料是指在外电场作用下，能够在晶体中产生电偶极矩并保留这种状态的材料。
这种电偶极矩具有相对稳定的极性，可以被逆转，因此铁电材料也被称为可逆极化材料。
铁电材料按照晶体结构分类，大致可分为四类：正交铁电材料、四方铁电材料、三斜铁电材料和尖晶石铁电材料。
各种铁电材料的性质及应用范围都有所不同，需要根据实际需要进行选择。
二、铁电材料的性质铁电材料具有独特的电学性质，其中主要有以下几个方面：1. 铁电性：铁电材料是因为具备强烈的电极化性而被称为铁电材料。
这种电极化性可通过施加外电场产生电偶极矩来描述，电偶极矩的方向与外电场的方向相同。
2. 铁磁性：很多铁电材料都具备铁磁性，例如BaTiO3。
此时，不仅仅可以通过施加外电场来改变电偶极矩的方向，此时还可以通过施加外磁场来改变电偶极矩的方向。
3. 非线性光学：铁电材料可以产生非线性光学现象，例如次谐波产生和光学非线性信号放大，这使得铁电材料在激光技术等方面有着广泛的应用。
4. 压电效应：铁电材料具有良好的压电效应，由于压电效应可以将电能转换成机械能，因此铁电材料被应用于传感器、换能器等领域。
三、铁电材料的研究进展随着人们对材料科学的深入研究，铁电材料也得到了广泛的关注。
在铁电材料的研究方面，人们主要关注以下几个方面：1. 研究其铁电性质：铁电性是铁电材料最基本，也最重要的性质，研究铁电性质是探究铁电材料的主要途径。
2. 探索其应用领域：铁电材料有着广泛的应用领域，人们探索其应用领域也是研究铁电材料的重要方向之一。
3. 研究其微观结构：铁电材料的微观结构对其铁电性质有极大的影响，因此研究其微观结构也是铁电材料研究的一个重要方向。
4. 研究制备方法：人们在对铁电材料的研究中也探索了不同的制备方法，不断寻求更好的方法以获得更高质量和更广泛的应用。
电厂金属材料基础知识要点
电厂金属材料基础知识要点金属材料的基础知识一、金属材料的分类方法：金属材料分为两大类：即黑色金属与有色金属1、黑色金属元素：铁、锰、铬2、有色金属元素：除上述三种元素外，其余称为有色金属元素。
通常将以铁、锰、铬为基的合金称为黑色金属，以铁为基的合金称为钢，以其余金属元素为基的合金称为有色金属。
二、金属材料的表示方法。
①钢的编号方法：根据国标GB/T221-2000《钢铁产品牌号表示方法》的规定，一般采用汉语拼音字母、化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法表示。
世界各国的钢号表示方法不一致，主要由于习惯上各自采用本国的国家标准，某部门标准或协会团体标准中的钢号表示方法，这给技术交流等带来很大的不便。
②有色金属的编号方法：有色金属及其合金编号方法与钢的编号方法大致相同，都是采用汉语拼音字母，化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法表示。
由于铝合金与钛合金分类方法相对简单，放在铝合金和钛合金的材料牌号中一般不出现化学元素符号。
三、合金元素在钢中的作用1、铝（Al）熔点为660℃，主要用于脱氧和细化晶粒，在渗氮钢中促使形成坚硬耐蚀的渗氮层，含量高时，提高钢高及抗氧化能力，固溶强化作用大。
2、碳（C）是钢中的基本化元素之一，钢中随着碳含量的增加，其强度和硬度也随之增加，但其塑性和韧性则随之降低。
碳含量每增加0.1%，钢材抗拉强度大约提高90MPa，屈服强度大约提高40~50 MPa, 碳同时也能提高钢材的高温强度，在焊接碳含量较高的钢材时，焊接热影响区易出现淬硬现象，易产生冷裂纹的倾向。
因此，一般用于焊接结构压力容器，主要受压主件的碳素钢和低合金钢，其含碳量不应大于0.25%。
3、铬（Cr）熔点为1920℃，增加钢的淬透性并有二次硬化作用，在轴承钢和工具钢中，铬提高碳钢的耐磨性，在不锈耐热钢中，当超过铬含量12%时，使其具有良好的高温抗氧化性和耐氧化性，介质腐蚀性能，并增加钢的热强性，但含量高时或处理不当，易产生α相和475℃脆相，钢的可焊性随铬含量增加而降低，主要是焊接过程中易产生冷裂纹。
【高中化学】化学铁电材料
【高中化学】化学铁电材料铁电材料所谓铁电材料，是指材料的晶体结构在不加外电场时就具有自发极化现象，其自发极化的方向能够被外加电场反转或重新定向。
铁电材料的这种特性被称为“铁电现象”或“铁电效应”。
铁电现象就是在一种名叫钙钛矿的材料中辨认出的，而钙钛矿材料的晶格点阵中的离子，就是在某一方向上被拆分变成的也已负离子，也就是在钙钛矿晶体内部产生了一个电耦极子。
当给这种晶体加之一个电压时，这些耦极子就可以在电场促进作用下排序。
发生改变电压的方向，可使耦极子的方向探底回升。
耦极子的这种可以高速运行性，意味著它们可以在记忆芯片上则表示一个“信息单元”。
而且，即使在电压断裂时，这些耦极子也可以维持在原来的边线，并使铁电存储器不用电就能够留存数据。
这与大多数计算机中采用的随机存取存储器的记忆芯片显著相同，后者须要用电就可以留存数据。
目前，铁电效应已在低容量的铁电存储器芯片中得到应用。
每个铁电数据存储元件由夹在两个金属电极之间的一片钙钛矿薄膜组成。
以前，当钙钛矿薄膜厚度小于4纳米时，铁电现象便似乎消失了。
但斯蒂芬森领导的科研小组在1.2纳米厚（即仅6个离子厚）的铁电材料薄膜中观察到了铁电现象。
现在辨认出，具备铁电性的晶体很多，但归纳出来可以分成两大类：a.一类以磷酸二氢钾kh2po4--简称kdp--为代表，具有氢键，他们从顺电相过渡到铁电像是无序到有序的相变。
以kdp为代表的氢键型铁晶体管，中子绕射的数据显示，在居里温度以上，质子沿氢键的分布是成对称沿展的形状。
在低于居里温度时，质子的分布较集中且不对称于邻近的离子，质子会较靠近氢键的一端。
b.另一类则以钛酸钡为代表，从顺电相到铁电像的过渡阶段就是由于其中两个子晶格出现相对加速度。
对于以为代表的钙钛矿型铁电体，衍射实验证明，自发性极化的发生就是由于正离子的子晶格与负离子的子晶格出现相对加速度。
铁电材料
Company Logo
自 发 极 化
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。
1、 电畴
ferroelectric domain
铁电体内自发极化相同的小区域称为电畴，～10μm； 铁电体内自发极化相同的小区域称为电畴，～10μm； 电畴，～10μm 电畴与电畴之间的交界称为畴壁 电畴与电畴之间的交界称为畴壁 两种： 两种：90 畴壁和180 畴壁和180 畴壁
晶 体 结 构
现在发现，具有铁电性的晶体很多， 现在发现，具有铁电性的晶体很多，但概括起来可以分 为两大类： 为两大类： a.一类以磷酸二氢钾 KH2PO4 --简称 一类以磷酸二氢钾 简称KDP--为代表 简称 为代表 具有氢键， ，具有氢键，他们从顺电相过渡到铁电像是无序到有序 的相变。 为代表的氢键型铁晶体管， 的相变。以KDP为代表的氢键型铁晶体管，中子绕射 为代表的氢键型铁晶体管 的数据显示，在居里温度以上， 的数据显示，在居里温度以上，质子沿氢键的分布是成 对称沿展的形状。在低于居里温度时，质子的分布较集 对称沿展的形状。在低于居里温度时， 中且不对称于邻近的离子，质子会较靠近氢键的一端。 中且不对称于邻近的离子，质子会较靠近氢键的一端。 b.另一类则以钛酸钡为代表，从顺电相到铁电相的过渡 另一类则以钛酸钡为代表， 另一类则以钛酸钡为代表 是由于其中两个子晶格发生相对位移。 是由于其中两个子晶格发生相对位移。对于以为代表的 钙钛矿型铁电体，绕射实验证明， 钙钛矿型铁电体，绕射实验证明，自发极化的出现是由 于正离子的子晶格与负离子的子晶格发生相对位移。 于正离子的子晶格与负离子的子晶格发生相对位移。
电滞回线 hysteresis loop
• 电滞曲线是极化强度P 滞后于电场强度E的曲 线。 • 即当施加电场E，极化 强度P随E增加沿曲线 上升，至某点后P随E 的变化呈线性。E下降 时，P不随原曲线下降。 当E为0时，极化强度 不为0。为Pr，称剩余 极化强度。只有加上 反电场Ec时P为0。Ec 为矫顽电场强度。 • Ps为饱和极化强度
电厂金属材料基础知识要点
金属材料的基础知识一、金属材料的分类方法：金属材料分为两大类：即黑色金属与有色金属1、黑色金属元素：铁、锰、铬2、有色金属元素：除上述三种元素外，其余称为有色金属元素。
通常将以铁、锰、铬为基的合金称为黑色金属，以铁为基的合金称为钢，以其余金属元素为基的合金称为有色金属。
二、金属材料的表示方法。
①钢的编号方法：根据国标GB/T221-2000《钢铁产品牌号表示方法》的规定，一般采用汉语拼音字母、化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法表示。
世界各国的钢号表示方法不一致，主要由于习惯上各自采用本国的国家标准，某部门标准或协会团体标准中的钢号表示方法，这给技术交流等带来很大的不便。
②有色金属的编号方法：有色金属及其合金编号方法与钢的编号方法大致相同，都是采用汉语拼音字母，化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法表示。
由于铝合金与钛合金分类方法相对简单，放在铝合金和钛合金的材料牌号中一般不出现化学元素符号。
三、合金元素在钢中的作用1、铝（Al）熔点为660℃，主要用于脱氧和细化晶粒，在渗氮钢中促使形成坚硬耐蚀的渗氮层，含量高时，提高钢高及抗氧化能力，固溶强化作用大。
2、碳（C）是钢中的基本化元素之一，钢中随着碳含量的增加，其强度和硬度也随之增加，但其塑性和韧性则随之降低。
碳含量每增加0.1%，钢材抗拉强度大约提高90MPa，屈服强度大约提高40~50 MPa, 碳同时也能提高钢材的高温强度，在焊接碳含量较高的钢材时，焊接热影响区易出现淬硬现象，易产生冷裂纹的倾向。
因此，一般用于焊接结构压力容器，主要受压主件的碳素钢和低合金钢，其含碳量不应大于0.25%。
3、铬（Cr）熔点为1920℃，增加钢的淬透性并有二次硬化作用，在轴承钢和工具钢中，铬提高碳钢的耐磨性，在不锈耐热钢中，当超过铬含量12%时，使其具有良好的高温抗氧化性和耐氧化性，介质腐蚀性能，并增加钢的热强性，但含量高时或处理不当，易产生α相和475℃脆相，钢的可焊性随铬含量增加而降低，主要是焊接过程中易产生冷裂纹。
电子功能材料知识点总结
电子功能材料知识点总结一、电子功能材料的分类1. 金属材料：金属材料具有良好的导电性和导热性，通常用于制造电子器件的导线、电极、散热器等部件。
典型的金属材料包括铜、铝、铁、钴、镍等。
2. 半导体材料：半导体材料具有介于导体和绝缘体之间的电导性能，广泛应用于电子器件中。
常见的半导体材料包括硅、锗、氮化镓、碳化硅等。
3. 绝缘体材料：绝缘体材料具有很高的电阻和介电常数，通常用于电子器件的绝缘层和封装材料。
常见的绝缘体材料包括玻璃、陶瓷、塑料等。
4. 导电聚合物材料：导电聚合物材料具有良好的导电性能和可塑性，可用于制造柔性电子器件和导电涂料。
典型的导电聚合物材料包括聚苯胺、聚噻吩、聚对苯二酮等。
5. 光电功能材料：光电功能材料能够将光能转换为电能或者将电能转换为光能，常用于光电器件和太阳能电池。
典型的光电功能材料包括硅、铟镓砷化物、有机光电材料等。
6. 磁电功能材料：磁电功能材料可以实现磁场与电场的相互转换，常用于传感器和电子存储器件。
典型的磁电功能材料包括铁电材料、铁磁材料、多铁材料等。
7. 储能功能材料：储能功能材料能够存储电能并具有可持续释放的特性，常用于储能器件和超级电容器。
典型的储能功能材料包括电解质、导电聚合物、石墨烯等。
二、电子功能材料的功能1. 电导率：电子功能材料具有不同的电导率，可用于制造导线、电极、晶体管等电子器件。
2. 磁性：电子功能材料具有不同的磁性，可用于制造磁记录器、传感器、电磁铁等磁性器件。
3. 光学：电子功能材料具有不同的光学性能，可用于制造光电器件、激光器件、光纤通信器件等。
4. 导热：电子功能材料具有不同的导热性能，可用于制造散热器、导热材料、热敏器件等导热器件。
5. 储能：电子功能材料具有不同的储能性能，可用于制造超级电容器、锂电池、太阳能电池等储能器件。
6. 传感：电子功能材料具有不同的传感性能，可用于制造温度传感器、压力传感器、湿度传感器等传感器。
三、电子功能材料的应用1. 电子器件：电子功能材料可用于制造电阻器、电容器、电感器、晶体管、集成电路等电子器件。
化学选修4人教新课标4-1原电池课件(精)
• 2．氧化还原的本质是________与________之 间发生________的过程，通常氧化还原反应 中并不能获得电流，要使能量直接转变为电 能，就要设计________，使________反应和 ________反应分别在________进行。
• 你知道在上述水果电池中，电流的强弱与两 极的距离有什么关系吗？影响电流的因素还 可能有哪些呢？
• 提示：距离越近，电流越大。另外，电流大 小还与两金属片宽度以及两电极金属相对强 弱等因素有关。
• 2．盐桥在原电池中有何作用？
• 提示：(1)作用：使两个半电池中的溶液连成 一个通路。
• (2)优点：使原电池中氧化剂和还原剂近乎完 全隔离，并在不同区域之间实现了电子的定 向移动，使原电池能持续、稳定地产生电流。
• 5．为什么实验室用锌与稀H2SO4反应制H2， 其他条件相同的条件下，用粗锌产生H2的速 率会更快？
• 提示：形成锌|稀H2SO4|杂质金属的原电池， 所以反应速率会更快。
• 氧化还原反应的本质是反应物之间电子的转 移，但是在通常的氧化还原反应中并不能获 得电流。如将锌片放在CuSO4溶液中，可以 看到铜被锌置换出来，并放出热量，其反应 为：Cu2＋＋Zn＝Zn2＋＋Cu。在此反应中，锌 原子把电子直接给了在溶液中与之接触的Cu2 ＋，被氧化成Zn2＋，进入溶液；而Cu2＋在锌 片上直接得到电子，被还原成铜(相当于短
• 本章教材内容共分四节。第一节“原电池”， 具体内容包括带有盐桥的较复杂的原电池、 原电池的构成和反应原理、设计原电池、选 用正负极的原则；第二节“化学电源”，主 要讲述了电池选用的标准，一次电池、二次 电池和燃料电池的反应原理；第三节“电解 池”，主要介绍了电解的原理、电解饱和食 盐水、电镀、铜的电解精炼以及电冶金制取 活泼金属的知识；第四节“金属的电化学腐 蚀的反应原理”，具体介绍了牺牲阳极的阴
4-1碳素钢
♦四）磷影响 ♦1．冷脆，低温时磷会使钢的脆性急剧增
加，这种现象称冷脆，
♦2．降低可焊性，含P过高，焊接易产生
裂纹。
四.碳素钢的分类、编号及用途 碳素钢的分类、
♦ 碳素钢的分类 ♦ 碳素钢的编号及用途
♦（一）碳素钢的分类
1.按碳的质量分数分类: 按碳的质量分数分类: 按碳的质量分数分类 低碳钢: * 低碳钢: Wc ≤ 0.25% * 中碳钢: 0.25% ≤ Wc ≤ 0.6% 中碳钢: 高碳钢: * 高碳钢: Wc > 0.6%
♦三、杂质元素对钢性能的影响
♦碳素钢中，降Fe、C外，还有少量Mn、Si、P、
S等元素，这些元素并不是为改善钢的性能有意 加入的，而是在冶炼中不可避免带入的杂质，这 些元素存在对钢的性能都有一定的影响。
♦一）锰的影响 ♦①锰具有一定脱氧能力，使钢中Feo还原成Fe，
改善钢的质量
♦②锰大部分溶解于F铁素体中，形成置换固溶体，
3.按钢的用途分类 按钢的用途分类: 按钢的用途分类
•碳素结构钢 ( carbon structural steel ) 碳素结构钢 用于制造各种机械零件、 用于制造各种机械零件、工程构 一般为低、中碳钢。 件。一般为低、中碳钢。 •碳素工具钢 ( carbon tool steel ) 碳素工具钢 用于制造各种工具。一般为高碳钢。 用于制造各种工具。一般为高碳钢。
使F强化，提高钢的强度、硬度
♦③锰与硫形成Mns，其熔点为1620℃，具高温时
Mns有一定塑性，避免产生热脆性
♦二）硅影响 ♦①脱氧比锰强 ♦②溶于铁素体，强化F，从而提高钢强、
硬，但塑韧性下降
♦三）硫影响（不溶于铁） ♦炼铁时由矿石和燃料带入的杂质，难于除
铁电原理+应用总结
电介质材料在各类电子器件的功能实现中扮演着重要的角色，它又被称为电介质。
在电场的作用下，电介质中的带电粒子可以偏离原来的平衡位置，发生相对位移，进而产生电极化。
而某类特殊的电介质，在外部机械应力的作用下（如压应力）发生形变，这个形变可以导致极化，并且在该电介质的相对的两个断面形成符号相反的束缚电荷，而且束缚电荷的电荷密度正比于机械应力，这样一种特殊的电介质即为压电材料。
在压电材料中，又存在着一个特殊的分类，即热释电材料，在热释电材料中，温度的变化可以引起电极化，从而在存在温差的两个端面上形成电势差。
铁电材料又是一类特殊的热释电材料，铁电晶体一定是极性晶体，在一定温度范围内，即使不存在外加电场，晶体中的正、负电荷中心也不重合，每一个晶胞存在固有的电偶极矩，电偶极矩之间会发生长程的相互作用，因此一定区域中的电偶极子将产生平行排列而发生自发极化，而自发极化的方向可以随着外加电场方向的改变而改变。
以上所述的几种关系可以用以下的示意图1.1 来概括表达：图1.1. 电介质、压电、热释电、铁电材料关系图及电滞回线图原理：铁电材料是热释电材料的一个分支，它不仅具有自发极化，而且在一定温度范围内，自发极化随会随外电场的改变而改变，而且极化强度随外电场的变化存在一个如下图所示的滞回关系，这是铁电材料的一大特征，在铁电晶体两端加上电场E 后，极化强度P 随电场强度E 增加沿从坐标原点O 出发的曲线上升，中间有一段为线性上升，然后逐渐趋于平缓，最后达到饱和，不再上升。
而当E 下降，P 不沿原曲线下降，而是沿原曲线上方的曲线下降。
当E 为零时,极化强度P 不等于零而为P B,称为剩余极化强度。
只有加上反向电场E H 时P 才会等于零,E H 称为铁电材料的矫顽电场强度。
整条电滞回线如图所示。
铁电晶体是由许多小区域组成，这些小区域称为电畴，电畴内的极化方向一致，而相邻电畴的极化方向有所不同，因此众多电畴的电偶极矩的取向是随机的，表现出各向同性。
人教版高二化学选修四4-1：原电池
极反应式得到负极的电极反应式。
练习1、氢气是燃料电池最简单的燃料，虽 然使用方便，却受到价格和来源的限制。常 用的燃料往往是某些碳氢化合物，如：甲烷、 汽油等。请写出图中甲烷燃料电池中a极的 电极反应式：
CH4+10OH- - 8e-=CO32- +7H2O
（3）钢铁腐蚀的防护
1、改变金属的内部组织结构：如将Cr、Ni等金属加 进钢里制成合金钢。
2、金属表面覆盖保护层：如油漆、油脂等，电镀 （Zn,Cr等易氧化形成致密的氧化物薄膜）作保护层。 原理：隔绝金属与外界空气、电解质溶液的接触。
3、电化学保护法——牺牲阳极的阴极保护法 原理：形成原电池反应 时，让被保护金属做正 极，不反应，起到保护 作用；而活泼金属反应 受到腐蚀。
练习:下列装置是不是原电池?若是,指出正负极.
Zn
Cu
Fe
C
NaCl
铜片、银片、Cu (NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线 和盐桥（装有琼脂-KNO3的U型管）构成一个原电池。 以下有关该原电池的叙述正确的是（ ）
①在外电路中，电流由铜电极流向银电极 ②正极反应为：Ag++e-=Ag
例题2
请写出下列电极反应式：
思考：若把电解质溶液换为NaOH溶液，写出电极反应式。
总反应为：Mg+H2SO4＝MgSO4+H2↑
M2Agl为+2负Na极O，H+电2H极2反O＝应2：NMaAgl－O22+e3－H＝2↑Mg2＋ Mg Al为氧正化极反，应电，极为反负应极：2H＋+2e－＝H2↑ 为
2、分析右图，按要求写出有关反应方程式：
铁电材料的相关知识
在一定温度范围内、单位晶胞内正负电荷中心不重合，形成偶极矩，呈现象极性。
这种在无外电场作用下存在的极化现象称为自发极化。
当施加外界电场时，自发极化方向沿电场方向趋于一致；当外电场倒向，而且超过材料矫顽电场值时，自发极化随电场而反向；当电场移去后，陶瓷中保留的部分极化量，即剩余极化。
自发极化与电场间存在着一定的滞后关系。
铁电晶体是由许多小区域(电畴)所组成，每个电畴内的极化方向一致，而相邻电畴的极化方向则不同。
从宏观来看，整个晶体是非极化的，呈中性。
在外电场作用下，极化沿电场方向的电畴扩大。
当所有电畴都沿外电场方向，整个晶体成为单畴晶体，即到达图上饱和点B,当外电场继续增加,此时晶体只有电子和离子极化,与普遍电介质一样，P与E成直线关系（BC段），延长BC直线交P轴于T,相应的极化强度Ps即为该晶体的自发极化强度。
在某一温度以上，铁电材料的自发极化即消失，此温度称为居里点。
它是由低温的铁电相改变为高温的非铁电相的温度其最基本的特性为在某些温度范围会具有自发极化，而且极化强度可以随外电场反向而反向，从而出现电滞回线。
自发极化铁晶体管是电介质中一类特别重要的介晶体管。
电介质的特性是：他们以感应而非以传导的方式传播电的作用与影响。
按照这个意义来说，不能简单的认为电介质就是绝缘体。
在电介质中起主要作用的是束缚着的电荷，在电的作用下，他们以正、负电荷重心不重和的电极化方式传递和记录电的影响。
而铁晶体管是-------即使没有外加电场，也可以显现出电偶极距的特性。
因其每单位晶胞带有电偶极矩，且其极化率与温度有关。
铁电材料电滞回线极化强度P和外电场E间的关系构成电滞回线。
一般而言，晶体的压电性质与自发极化性质都是由晶体的对称性决定的，可是对于铁晶体管，外电场能使自发极化反向的特征却不能由晶体的结构来预测，只能透过电滞回线的测定（或介电系数的测定）来判断。
电滞回线表示铁晶体管中存在domain。
铁晶体管通常是由许多称为domain的区域所组成，而在每一个domain里面有相同的极化方向，而与邻近的domain其极化方向不同。
4-1 电弧焊
20122012-2-17
4-1 电弧焊
焊接应力的形成
被加热到高温的焊缝区的伸长受两国金属阻碍而产生压应 力，远离焊缝区的两边金属则受到拉应力，当焊缝金属所 远离焊缝区的两边金属则受到拉应力， 受压力超过屈服极限时， 受压力超过屈服极限时 ， 该区域就产生压缩塑性变形； （高温：厚压薄拉） 冷却时，随着温度的降低， 冷却时，随着温度的降低，钢板将产生收缩； 焊缝区因收缩受两边金属阻碍而产生拉应力， 焊缝区因收缩受两边金属阻碍而产生拉应力，而其外围区 域（远离焊缝的两边金属）受到压应力。（常温：厚拉 远离焊缝的两边金属） 受到压应力。 薄压）（厚短薄长）； 这种应力残留在钢板内部， 这种应力残留在钢板内部，称为焊接残余应力，简称焊 接应力。 接应力。
改善焊条工艺性能、机械保护、 改善焊条工艺性能、机械保护、冶金处理及合金 化；
20122012-2-17
4-1 电弧焊
焊条的种类
按国标规定(GB980—76)，焊条共分九大类： 按国标规定(GB980—76)，焊条共分九大类：
J—结构钢焊条 A/G—不锈钢焊条 A/G— D—堆焊焊条 L—铝合金焊条 Z—铸铁和铸钢焊条
20122012-2-17 4-1 电弧焊
酸性焊条和碱性焊条
焊条还可按其熔渣性质分为酸性焊条和碱 性焊条。
熔渣以酸性氧化物为主的焊条称酸性焊条；以 碱性氧化物和CaF 碱性氧化物和CaF2为主的称为碱性焊条。 如结××1~结××5 如结××1~结××5属酸性焊条（交流焊机）； 结××6(交流或直流焊机）和结××7（直流焊 ××6(交流或直流焊机）和结××7 机）属碱性焊条。
4-1 熔化焊
4-1-1 手工电弧焊的焊接过程及其冶 金特点
手弧焊的焊接电弧
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
国家级精品课程
§4-1 铁电材料的基本知识
重点掌握的几个概念： 自发极化 剩余极化 矫顽场 铁电体 电滞回线 电畴 铁电陶瓷
‹#›/228
§4-1 铁电材料的基本知识
感应式极化 电子位移极化 离子位移极化 转向极化 空间电荷极化 自发极化 spontaneous polarization： 无外电场作用时，晶体的正 负电荷中心不重合而呈现电 偶极矩的现象
铁电体 热释电体 压电体
铁电性：铁电随机存储器
本章着重介绍低频电容器介质用的铁电陶瓷。
‹#›/228
B point：极化饱和，单畴 BC：感应极化增加，总极化增大 CBD：电场减小，极化减小 OD：电场为零，剩余极化Pr OE：自发极化Ps OF：矫顽场Ec 铁电体的电滞回线
电滞回线的形成与电畴的反转有关
‹#›/228
§4-1 铁电材料的基本知识
电畴（ domain ）：在铁电体中，固有电偶极矩在 一定的子区域内取向相同的这些区域就称为电畴 或畴。 畴壁 （domain wall）：畴的间界。 铁电相变（ferroelectric phase transition）：铁电 相与顺电相之间的转变。当温度超过某一值时， 自发极化消失，铁电体变为顺电体。 居里温度 （Curie temperature or Curie point）： 铁电相变的温度。
‹#›/228
§4-1 铁电材料的基本知识
(3) 按相转变的微观机构分为： A、位移型铁电体 ——同一类离子的亚点阵相 对于另一亚点阵的整体位移相联系，如 BaTiO3 、 LiNbO3 等含氧八面体结构的双氧 化物。 B、有序-无序型铁电体——同离子个体的有序 化相联系，如含氢键的晶体。
‹#›/228
‹#›/228
§4-1 铁电材料的基本知识
远古时期，人们就发现某些物质具有与温度有关的 自发电偶极矩，加热时可带电荷，具有吸引轻小物 体的能力。 1824年Brewster发现许多矿石具有热释电性
1880年，居里兄弟发现正压电效应。
铁电体很晚才被发现。 1920年，法国人Valasek发现罗息盐具有铁电性。 它奠定了两个里程碑：
P
依赖于外加电场
E
直线性关系
不依赖于外加电 场，且外加电场 能使极化反转 非线性关系
‹#›/228
§4-1 铁电材料的基本知识
铁电体（ferroelectric）：具有自发极化，且自发极 化方向能随外场改变的晶体。它们最显著的特征， 或者说宏观的表现就是具有电滞回线。 电滞回线（hysteresis curve）：铁电体在铁电态下 极化P对电场E关系的典型回线。 铁电体的电滞回线是铁电畴在外电场作用下运动的宏 观描述。
‹#›/228
§4-1 铁电材料的基本知识
(2) 按力学性质分为： A、软铁电体（水溶性铁电体）——熔点和分解 温度低，在水溶液中生长，如KDP。 B、硬铁电体——熔点和分解温度高，机械强度 高。一般都是在高温熔体或熔盐中生长，以氧 八面体为基本单元，并且氧离子间隙中填有高 价阳离子如BaTiO3 ，KNbO3，NaNbO3。
§4-1 铁电材料的基本知识
铁电陶瓷：在一定温度范围内具有自发极化，且自 发极化能为外电场所转向的陶瓷称为铁电陶瓷。 由于其介电系数高达 103~104 ，故又称为强介瓷。其 介电损耗偏大，tgδ约为1~2×10-2，适于制作小体积， 大容量的低频电容器。 主要是以 BaTiO3 为基本成分，具有钙钛矿结构的多 种固溶体。
第一次表明罗息盐自身存在持久极化 首次给出电荷与电场之间的回线
‹#›/228
§4-1 铁电材料的基本知识
1921年公开出版的首条电滞回线
‹#›/228
§4-1 铁电材料的基本知识
铁电体在铁 电态下极化 对电场关系 的典型回线
P总＝P感＋Ps
OA：电场弱，P与E呈线性关系
AB：P迅速增大，电畴反转
‹#›/228
§4-1 铁电材料的基本知识
陶瓷晶粒电畴的TEM照片
‹#›/228
§4-1 铁电材料的基本知识
90°畴
180°畴
纳米薄膜中的电畴的AFM照片
‹#›/228
§4单畴）的状态是不稳定的。 铁电体晶体中存在多个电畴。 由能量最低原理，相邻电畴内的偶极矩排列成 90° 或 180°夹角，即电畴的排列方式分为 180 度电畴 （反平行）和90度电畴。因而不加电场时，整个晶 体总电矩为零，此时为最稳定状态。 180 °电畴
‹#›/228
§4-1 铁电材料的基本知识
铁电陶瓷的介电系数与外施电场的强度具有非线性 的关系。一般电容器用铁电陶瓷，都尽量降低这种 非线性。
但制作压敏电容器时，却要求电容量能随外施电场 灵敏地变化。
‹#›/228
§4-1 铁电材料的基本知识
铁电陶瓷的应用 介电性：电容器 压电性：如声表面波器件、 超声换能器、压电马达 热释电性：如红外探测器
90 °电畴
‹#›/228
§4-1 铁电材料的基本知识
铁电体的分类： （1）按结晶化学： （2）按力学性质： （3）按相转变的微观机构： （4）按极化轴数目：
‹#›/228
§4-1 铁电材料的基本知识
(1) 按结晶化学分类： A、含氢键的铁电晶体： a. 酒石酸钾钠型：NaKC4O6.4H2O (RS) b. 磷酸二氢钾型：KH2PO4(KDP) c. 硫胺型：（NH4）2SO4(TGS) B、含氧八面体的铁电体： a. 钙钛矿型：BaTiO3 b. 钛铁矿型：LiTaO3 c. 钨青铜型：BaxSr5-xNb10O30