材料制备与表征复习资料

2009级《材料制备与表征》复习范围一．铁电材料

1、感应式极化：离子晶体中最主要的极化形式是电子位移极化和离子位移极化，这两种极化都属于感应式极化，极化强度大小依赖于外施电场。线性关系，E=0，P=0。

2、自发极化：铁电体所表现的自发极化，却是不依赖于外电场，并能随外电场反向而发生反转。非线性关系，E=0，P≠0。

3、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。

4、电滞回线(hysteresis curve)：铁电体在铁电态下极化对电场关系的典型回线。

5、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。

6、畴壁（domain wall）：畴的间界。

7、铁电相变：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。

8、居里温度（Curie temperature or Curie point）：铁电相变的温度。

9、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）按极化轴多少。

10、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。

典型的铁电材料BaTiO3

什么是电畴？电畴是如何形成的，180°畴和90°畴有何异同？

答：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。

电畴的形成过程：新畴成核、畴的纵向长大、畴的横向扩张和畴的合并四个阶段。

180°畴自发极化方向相反，反平行，在晶体中不产生应力；180°畴前移速度比侧向移动速度快几个数量级。畴壁薄。90°畴的自发极化方向相互正交，有应力产生。新畴的发展主要依靠外电场推动90°畴壁的侧向运动。畴壁较厚。

自发极化与铁电体的概念？

答：自发极化：铁电体所表现的自发极化，却是不依赖于外电场，并能随外电场反向而发生反转。非线性关系，E=0，P≠0。

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。

什么是铁电陶瓷？

答：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。二．压电陶瓷

1、压电陶瓷基本概念

正压电效应：在没有对称中心的晶体上施加机械作用时，发生与机械应力成比例的介质极化，同时在晶体的两端面出现正负电荷。

逆压电效应：当在晶体上施加电场时，则产生与电场强度成比例的变形或机械应力。

预极化：对于铁电陶瓷来说，虽然各晶粒都有较强的压电效应，但由于晶粒和电畴分布无一定规则，各方向几率相同，使ΣP =0，因而不显示压电效应，故必须经过人工预极化处理，使ΣP ≠0，才能对外显示压电效应。

压电陶瓷的预极化方式：直流电场+升温（矫顽场Ec减小）。但温度升高，材料的绝缘电阻下降，因此容易击穿。所以温度不能过高

2、压电陶瓷的晶体结构

1）.钙钛矿结构, 属于ABO3型氧八面体，其中A为一价或二价金属离子，而B为四价或五价金属。半径较大的A正离子，半径较小的B正离子和氧离子分别位于晶胞格子的顶角，体心和面心. 钛酸钡，钛酸铅，锆钛酸铅和KxNa1-xNbO3等铁电压电陶瓷具有钙钛矿结构

2）. 钨青铜型结构, 属于ABO3型氧八面体铁电体，一个四方晶胞包含10个BO6八面体，它们由其顶角按一定方式联结而成。偏铌酸铅和铌酸锶钡等铁电压电陶瓷具有钨青铜结构。

3）. 焦绿石结构, 由共同顶角的{NbO6或TaO6}氧八面体组成，而较大的Cd2+{或Pb2+}离子位于氧八面体之间的间隙中。这种结构的铁电体仅出现在Cd2Nb2O2, Pb2Nb2O2和Cd2Ta2O7等有限几种化合物中

4）. 铋层状结构 , 由其氧八面体类钙钛矿层与{Bi2O12}层交替叠成的。其中类钙钛矿层可以是一层{如Bi2WO6},二层{如PbBi2Nb3O9}，三层{如Bi4Ti8O12}以至五层。

3、压电陶瓷主要参数

介电系数ε,反映材料的介电或极化性质.

介质损耗,电介质在电场作用下，由于电极化弛豫过程和漏导等原因在电介质内所损耗的能量。

机械品质因数,压电振子在谐振时储存的机械能与在一个周期内损耗的机械能之比称为机械品质

因数。

泊松比,泊松比系指固体在应力作用下的横向相对收缩与纵向相对伸长之比，是一个无因次的物理量，用δ表示：δ= - S 12 /S11

机电耦合系数, 机电耦合系数K是弹性一介电相互作用能量密度平方V122与贮存的弹性能密度V1与介电能密度V2乘积之比的平方根。

压电应变常数D 压电应变常数是在应力T和电场分量EM(M≠I)都为常数的条件下，电场分量E 变化所引起的应变分量SI的变化与EI变化之比。

压电电压常数G ,该常数是在电位移D和应力分量TN（N≠I）都为常数的条件下，应力分量TI的变化所引起的电场强度分量EI的变化与TI的变化之比。

居里温度TC,压电陶瓷只在某一温度范围内具有压电效应，它有一临界温度TC，当温度高于TC时，压电陶瓷发生结构相转变，这个临界温度TC称为居里温度。

温度稳定性 ,指压电陶瓷的性能随着温度变化的特性，一般描述温度稳定性有温度系数或最大相对漂移二种方法。

频率常数, 对于径向和横向长度伸缩振动模式，其频率常数为串联谐振频率与决定此频率的振子尺寸（直径或长度）的乘积。对于纵向长度厚度和伸缩切变振动模式，其频率常数为并联谐振频率与决定此频率的振子尺寸（长度或厚度）的乘积，其单位：HZ.M

4、铅基压电陶瓷

以传统的锆钛酸铅（pzt）基多元系含铅材料的压电陶瓷，如铌镁锆钛酸铅等

压电陶瓷为什么要进行预极化？如何进行预极化？

答：对于铁电陶瓷来说，各个晶粒都有较强的压电效应。但由于晶粒和电畴分布无一定规则，各方向几率相同，使宏观极化强度ΣP =0，因而不显示压电效应，故必须经过人工预极化处理，使ΣP ≠0，才能对外显示压电效应。

压电陶瓷的预极化方式：直流电场+升温（矫顽场Ec减小）。但温度升高，材料的绝缘电阻下降，因此容易击穿。所以温度不能过高。

三．催化剂材料

1、晶体的宏观特征和微观结构特点（The macroscopical and microcosmic characters of materials）

晶体的宏观特征（1）均一性（2）对称性（3）各向异性和解理性（4）自范性和晶面角守恒（5）最小自由能和稳定性（6）有固定的熔点

微观结构特点：短程有序，长程也有序，具有点阵结构。

2、基本知识点：

宏观特征：规则的几何形状、晶面角守恒、固定的熔点以及各向异性；点阵概念：结构单元、点阵、点阵单位和晶胞、原子分数坐标和晶面指数；晶系。

结构单元：晶体中按一定周期重复出现的最基本的部分

点阵：

点阵单位：

晶面指数（indices of crystal face）是晶体的常数之一，是晶面在3个结晶轴上的截距系数的倒数比，当化为最简单的整数比后，所得出的3个整数称为该晶面的米勒指数（Miller indices）。

晶系：晶体根据其在晶体理想外形或综合宏观物理性质中呈现的特征对称元素可划分为立方、六方、三方、四方、正交、单斜、三斜等7类，是为7个晶系，分属于3个不同的晶族。

1、一个好的工业催化剂应满足哪些条件？

1、要有好的选择性

2、要有好的活性。

3、要有好的机械强度。

4、要有好的活性稳定性。

5、形状与大小。

6、比表面和孔分布。

7、热稳定性和水热稳定性。一种好的工业催化剂应具有适宜的活性、高选择性和长寿命。

工业催化剂的活性、选择性和寿命除决定于催化剂的组成结构外，与操作条件也有很大关系。这些条件包括原料的纯度、生产负荷、操作温度和压力等。因此，在选择或研制催化剂时要充分考虑到操作条件的影响，并选择适宜的配套装臵和工艺流程。此外，催化剂的价格也是要考虑的。

2、载体在催化剂中的作用是什么？