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铁电材料

/ferroelectric materials/
条目作者王杰

王杰

最后更新 2024-06-18
浏览 360
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材料内部的自发极化或电偶极矩存在两个或多个取向,而且在外加电场作用下自发极化的取向会发生改变,即具有铁电效应的一类材料。

英文名称
ferroelectric materials
所属学科
力学

铁电材料是热释电材料中的一类。具有优良的压电性、介电性、热释电性、电光效应等多场耦合特性,被广泛地应用于传感器、制动器、换能器、滤波器、谐振器、存储器、移相器、红外探测器等功能器件。铁电材料的多场耦合特性一般都与自发极化相关,因此自发极化是铁电材料的核心。铁电材料表面自发极化的不连续和内部自发极化的分布不均匀都会产生束缚电荷,从而在材料内部产生退极化场和退极化能。另外,当材料受到机械约束时,伴随自发极化出现的自发应变也会在材料内部产生应变能。为了降低材料内部的退极化能和应变能,自发极化通常将晶体分成若干个小区域,每个小区域内的自发极化取向相同,但不同小区域中自发极化的取向不同。这些自发极化取向相同的小区域称为电畴,不同畴之间的界面称为畴壁。在外电场作用下,新畴会成核并长大,畴壁会移动,导致极化翻转,使得铁电材料的整体极化强度与外电场强度呈现非线性滞回关系(见图),称为电滞回线。其中,使极化发生反向翻转的临界电场强度称为矫顽场,电场强度为零时的极化强度称为剩余极化强度,材料能达到的最大极化称为饱和极化强度。铁电材料的铁电性通常只存在于一定的温度范围内,当温度超过某一值时,铁电材料会从铁电相变为顺电相而失去铁电性,自发极化和电滞回线消失。这个从铁电相到顺电相的相变温度称为居里温度。铁电材料通常不含铁元素,但由于其电滞回线与之前发现的铁磁材料的磁滞回线非常类似,因此被称为铁电材料。典型的铁电材料有钛酸钡(BaTiO3)、磷酸二氢钾(KH2PO4)等。

铁电材料的电滞回线铁电材料的电滞回线

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