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铁电电介质材料

/ferroelectric dielectric materials/
条目作者韩高荣任召辉
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韩高荣

任召辉

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最后更新 2022-01-20
浏览 218
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具有铁电性的电介质材料

英文名称
ferroelectric dielectric materials
所属学科
材料科学与工程

铁电性是指一定温度范围内某些电介质晶体能自发极化,且极化方向能为外电场所反转的特性。具有铁电性的电介质材料被称为铁电体。从微观结构上说,铁电体的晶胞具有大小相等的非零电偶极矩;晶胞具有两个或两个以上的结晶学等效方向,电偶极矩可以沿其中任一个方向取向。在热平衡状态下,晶胞的电矩在亚微观尺度范围内取向一致形成电畴结构,畴与畴之间形成畴壁;在外电场作用下,新畴成核长大,畴壁移动,导致极化反向;在这一过程中,铁电体的极化强度随外电场呈非线性变化,而且在一定的温度范围内,极化强度表现为电场的双值函数,呈现出滞后现象,这个P-E回线称为电滞回线,是铁电电介质材料的重要特征之一。

铁电电介质材料的另外两个重要特征是铁电相变与介电居里-外斯定律。当晶体从高温降温经过居里温度(居里点)时,要经过一个从非铁电相(有时称顺电相)到铁电相的结构相变,即铁电相变。温度高于居里温度时,晶体不具有铁电性,温度低于居里温度时,晶体呈现出铁电性。如果晶体存在两个或多个铁电相时,只有顺电-铁电相变温度才称为居里点;晶体从一个铁电相到另一个铁电相的转变温度称为相变温度或过渡温度。当温度高于居里温度时,铁电电介质材料中沿自发极化方向的低频介电常数与温度之间满足居里-外斯定律。

铁电电介质材料按材料体系分为钙钛矿型、铌酸锂型、钨青铜型、氢键型、离子团型以及高分子型等。其中,ABO3钙钛矿型铁电体是研究最多、应用最广的一类,钛酸钡、钛酸铅以及锆钛酸铅(PZT)等都是典型的铁电电介质材料,在电容器、存储器、传感器、驱动器等领域应用广泛。

  • 钟维烈.铁电体物理学.北京:科学出版社,2000.

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