铁电体材料理论及性综述

3、相关概念
（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 。
3、相关概念
（2）自发极化 spontaneous polarization
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。
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。
4. 铁电材料的钙钛矿结构
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
4. 铁电材料的钙钛矿结构
b 复合钙钛矿结构化合物
（A1 x1 A2x2）（B1y1B2y2）O3型
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。
4. 铁电材料的钙钛矿结构
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
Pb(B+32/3B+61/3)O3型
Pb(Fe2/3W1/3)O3，Pb(Mn2/3W1/3)O3
A(B1+4，B2+4)O3型
Pb(Ti，Zr)O3， Ba(Ti，Zr)O3
Pb(Zn1/3Nb2/3)O3，Pb(Mg1/3Nb2/3)O3 Pb(Ni1/3Nb2/3)O3， Pb(Mg1/3Ta2/3)O3
Pb(Mg1/2W1/2)O3，Pb(Co1/2W1/2)O3
Pb(B+31/2B+51/2)O3型
Pb(Fe1/2Nb1/2)O3，Pb(Fe1/2Ta1/2)O3
ABO3型钙钛矿结构
4. 铁电材料的钙钛矿结构
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
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。
3、相关概念
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 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。
B1பைடு நூலகம்2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:y1+y2=1
B位化合价= 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
4. 铁电材料的钙钛矿结构
A位变化形成的化合物：
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
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）。
(A1+2A2+2)TiO3型 (Sr,Ba)TiO3 (Mg,Zn)TiO3
(A+11/2A+31/2)TiO3型
(Na1/2Bi1/2)TiO3
(Sr,Ba)ZrO3 (Sr,Pb)ZrO3
(K1/2Bi1/2)TiO3
4. 铁电材料的钙钛矿结构
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
2、什么是铁电体材料？
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。
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。
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。
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。
3、相关概念
电介质材料
压电材料：石英 热释电材料：电气石
铁电材料：KDP
压电陶瓷材料 PZT
3、相关概念
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。