4-1铁电材料的基本知识
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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
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§4-1 铁电材料的基本知识
1921年公开出版的首条电滞回线
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§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
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§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。
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§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。
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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
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§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
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
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§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。
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§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：
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§4-1 铁电材料的基本知识
陶瓷晶粒电畴的TEM照片
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§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
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§4-1 铁电材料的基本知识
均匀极化（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
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
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§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。
§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。
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§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。
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§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
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。
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90 °电畴
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
§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：
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§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
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§4-1 铁电材料的基本知识
1921年公开出版的首条电滞回线
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§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
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§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。
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(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。
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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
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§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
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
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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。
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§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：
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90°畴
180°畴
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均匀极化（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
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
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§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。
§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。
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§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。
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§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
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。
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90 °电畴
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
§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：
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§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