材料物理性能5学习教案.pptx

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1、会计学1材料材料(cilio)物理性能物理性能5第一页，共39页。Emax=(V/d)max Emax=(V/d)max 通常，凝聚态绝缘体的击穿电场范围约为通常，凝聚态绝缘体的击穿电场范围约为通常，凝聚态绝缘体的击穿电场范围约为通常，凝聚态绝缘体的击穿电场范围约为(105-5106)V.cm-1(105-5106)V.cm-1。介电强度依赖于材料的厚度，介电强度依赖于材料的厚度，介电强度依赖于材料的厚度，介电强度依赖于材料的厚度，厚度减小，介电强度增加。由测试区域中出现的临界裂厚度减小，介电强度增加。由测试区域中出现的临界裂厚度减小，介电强度增加。由测试区域中出现的临界裂厚度减小，介电强度增

2、加。由测试区域中出现的临界裂纹的几率决定。纹的几率决定。纹的几率决定。纹的几率决定。还与环境温度和气氛、电极还与环境温度和气氛、电极还与环境温度和气氛、电极还与环境温度和气氛、电极(dinj)(dinj)形状、材料表面状态、电场频率和波形、材料成分形状、材料表面状态、电场频率和波形、材料成分形状、材料表面状态、电场频率和波形、材料成分形状、材料表面状态、电场频率和波形、材料成分和孔隙、晶体各向异性，非晶态结构等因素有关。和孔隙、晶体各向异性，非晶态结构等因素有关。和孔隙、晶体各向异性，非晶态结构等因素有关。和孔隙、晶体各向异性，非晶态结构等因素有关。第1页/共38页第二页，共39页。例例：设设

3、计计一一方方案案，满满足足3KV3KV下下存存储储(cn(cn chch)10-4C)10-4C的的要要求求 ，设设电电介介质质材材料料厚厚0.02mm0.02mm的的BaTiO3BaTiO3，求求电电介介质质的的厚厚度度及及面面积积。（注（注:BaTiO3:BaTiO3的介电强度为的介电强度为120KV/cm120KV/cm）。）。介电强度介电强度第2页/共38页第三页，共39页。Al2O3(0.03mm)7.0 BaTiO3(0.02cm，单晶）0.04Al2O3(0.6mm)1.5 BaTiO3(0.02cm，多晶）0.12Al2O3(0.63cm)0.18环氧树脂160-200云母(0

4、.002cm)10.1聚苯乙烯160云母(0.006cm)9.7硅橡胶220 一些(yxi)电介质的介电强度 单位：106V/cm第3页/共38页第四页，共39页。1.1.介质的不均匀性介质的不均匀性介质的不均匀性介质的不均匀性 无无无无机机机机(wj)(wj)材材材材料料料料常常常常常常常常为为为为不不不不均均均均匀匀匀匀介介介介质质质质，有有有有晶晶晶晶相相相相、玻玻玻玻璃璃璃璃相相相相和和和和气气气气孔存在，这使无机孔存在，这使无机孔存在，这使无机孔存在，这使无机(wj)(wj)材料的击穿性质与均匀材料不同。材料的击穿性质与均匀材料不同。材料的击穿性质与均匀材料不同。材料的击穿性质与均匀

5、材料不同。不不不不均均均均匀匀匀匀介介介介质质质质最最最最简简简简单单单单的的的的情情情情况况况况是是是是双双双双层层层层介介介介质质质质。设设设设双双双双层层层层介介介介质质质质具具具具有有有有各各各各不不不不相相相相同同同同的的的的电电电电性性性性质质质质，11，11，d1d1和和和和 22，22，d2 d2 分分分分别别别别代代代代表表表表第第第第一一一一层、第二层的介电常数、电导率、厚度。层、第二层的介电常数、电导率、厚度。层、第二层的介电常数、电导率、厚度。层、第二层的介电常数、电导率、厚度。若若若若在在在在此此此此系系系系统统统统上上上上加加加加直直直直流流流流电电电电压压压压U

6、U，则则则则各各各各层层层层内内内内的的的的电电电电场场场场强强强强度度度度E1E1，E2E2，为：，为：，为：，为：影响无机材料击穿影响无机材料击穿(j chun)强度的各种因素强度的各种因素第4页/共38页第五页，共39页。上式表明：电导率小的介质承上式表明：电导率小的介质承受场强高，电导率大的介质承受场强高，电导率大的介质承受场强低。在交流电压下也有受场强低。在交流电压下也有类似的关系。类似的关系。如果如果1和和2 相差甚大，则必然相差甚大，则必然其中其中(qzhng)一层的电场强度一层的电场强度将大于平均场强将大于平均场强E，这一层可能，这一层可能首先达到击穿强度而被击穿。首先达到击穿

7、强度而被击穿。一层击穿以后，增加了另一层一层击穿以后，增加了另一层的电压，且电场因此大大畸变，的电压，且电场因此大大畸变，结果另一层也随之击穿。由此结果另一层也随之击穿。由此可见，材料的不均匀性可能引可见，材料的不均匀性可能引起击穿场强的降低。起击穿场强的降低。陶瓷中的晶相和玻璃相的分布陶瓷中的晶相和玻璃相的分布可看成多层介质的申联和并联，可看成多层介质的申联和并联，上述的分析方法同样适用。上述的分析方法同样适用。影响无机材料击穿影响无机材料击穿(j chun)强度的各种因强度的各种因素素第5页/共38页第六页，共39页。2.材料中气泡的影响：材料中气泡的影响：材材料料中中含含有有气气泡泡时时

8、，气气泡泡的的及及很很小小，因因此此加加上上电电压压后后气气泡泡上上的的电电场场较较高高。而而气气泡泡本本身身的的抗抗电电强强度度比比固固体体介介质质要要低低得得多多(一一般般空空气气的的Eb33kv/cm，而而陶陶瓷瓷的的Eb80kv/cm)，所所以以(suy)首首先先气气泡泡击击穿穿，引引起起气气体体放放电电(电电离离)，产产生生大大量量的的热热，容容易易引引起起整整个个介介质质击击穿穿。由由于于在在产产生生热热量量的的同同时时，形形成成相相当当高高的的内内应应力力，材材料料也也易易丧丧失失机机械械强强度度而而被被破破坏坏，这这种种击穿称为电击穿称为电机械机械热击穿。热击穿。影响无机影响无

9、机(wj)材料击穿强度的各种因素材料击穿强度的各种因素第6页/共38页第七页，共39页。影响影响(yngxing)无机材料击穿强度的各种因无机材料击穿强度的各种因素素 3.材料表面状态及边缘电场：材料表面状态及边缘电场：（1）固体介质）固体介质(jizh)的表面放电的表面放电 固体介质固体介质(jizh)的表面放电属于气体放电。固体介质的表面放电属于气体放电。固体介质(jizh)常处于周围气体媒质中，击穿时，常发现介质常处于周围气体媒质中，击穿时，常发现介质(jizh)本身并未本身并未击穿，但有火花掠过它的表面，这就是表面放电。击穿，但有火花掠过它的表面，这就是表面放电。a:固体介质固体介质(

10、jizh)材料不同，表面放电电压也不同。陶瓷介材料不同，表面放电电压也不同。陶瓷介质质(jizh)由于介电常数大、表面吸湿等原因，引起空间电荷极由于介电常数大、表面吸湿等原因，引起空间电荷极化，使表面电场畸变，降低表面击穿电压。化，使表面电场畸变，降低表面击穿电压。b:固体介质固体介质(jizh)与电极接触不好，则表面击穿电压降低。与电极接触不好，则表面击穿电压降低。c:电场的频率不同，表面击穿电压也不同。频率升高，击穿电场的频率不同，表面击穿电压也不同。频率升高，击穿电压降低。电压降低。第7页/共38页第八页，共39页。3.材料表面状态及边缘电场：材料表面状态及边缘电场：（2）边缘电场：）边

11、缘电场：电电极极边边缘缘常常常常发发生生电电场场畸畸变变，使使边边缘缘局局部部(jb)电电场场强强度度升升高高，导致击穿电压的下降。导致击穿电压的下降。影响因素：影响因素：a:电极周围媒质电极周围媒质 b:电电场场的的分分布布(电电极极的的形形状状、相互位置相互位置)c:材料的介电系数、电导率材料的介电系数、电导率 影响无机影响无机(wj)材料击穿强度的各种因素材料击穿强度的各种因素第8页/共38页第九页，共39页。1.1.压电性概念压电性概念压电性概念压电性概念 1 1）正压电效应）正压电效应）正压电效应）正压电效应 ：晶体受到机械作用力时，在一定：晶体受到机械作用力时，在一定：晶体受到机械

12、作用力时，在一定：晶体受到机械作用力时，在一定方向的表面方向的表面方向的表面方向的表面(biomin)(biomin)上会出现数量相等、符号相上会出现数量相等、符号相上会出现数量相等、符号相上会出现数量相等、符号相反的束缚电荷；作用力反向时，表面反的束缚电荷；作用力反向时，表面反的束缚电荷；作用力反向时，表面反的束缚电荷；作用力反向时，表面(biomin)(biomin)荷荷荷荷电性质亦反号，而且在一定范围内电荷密度与作用电性质亦反号，而且在一定范围内电荷密度与作用电性质亦反号，而且在一定范围内电荷密度与作用电性质亦反号，而且在一定范围内电荷密度与作用力成正比。这种由机械能转化为电能的过程，为

13、正力成正比。这种由机械能转化为电能的过程，为正力成正比。这种由机械能转化为电能的过程，为正力成正比。这种由机械能转化为电能的过程，为正压电效应。压电效应。压电效应。压电效应。逆压电效应逆压电效应逆压电效应逆压电效应 ：当晶体在外加电场作用下，晶体：当晶体在外加电场作用下，晶体：当晶体在外加电场作用下，晶体：当晶体在外加电场作用下，晶体的某些的某些的某些的某些 方向上产生形变，其形变与电场强度成正比。方向上产生形变，其形变与电场强度成正比。方向上产生形变，其形变与电场强度成正比。方向上产生形变，其形变与电场强度成正比。称为逆压电效应。称为逆压电效应。称为逆压电效应。称为逆压电效应。正压电效应与逆

14、压电效应统称为压电效应。具正压电效应与逆压电效应统称为压电效应。具正压电效应与逆压电效应统称为压电效应。具正压电效应与逆压电效应统称为压电效应。具有压电效应的物体称为压电体。有压电效应的物体称为压电体。有压电效应的物体称为压电体。有压电效应的物体称为压电体。3.4 压电性和热释电性压电性和热释电性压电性压电性第9页/共38页第十页，共39页。a:a:在在X X方向上的二个晶体面上接电极，测定电荷密度。方向上的二个晶体面上接电极，测定电荷密度。X X方向上受正应力方向上受正应力T1(N/m2)T1(N/m2)时，测得时，测得X X方向电极面上产生方向电极面上产生(chnshng)(chnshng

15、)的束缚电荷的束缚电荷Q Q，其表面电荷密度，其表面电荷密度 （C/m2C/m2）与）与作用力成正比。作用力成正比。1=d11T11=d11T1 其中其中T1T1为沿法线方向正应力，为沿法线方向正应力，d11d11为压电应变常量，其下为压电应变常量，其下标第一个标第一个1 1代表电学量，第二个代表电学量，第二个1 1代表力学量。代表力学量。石英(shyng)晶体第10页/共38页第十一页，共39页。在在Y Y方向上受正应力方向上受正应力T2T2时，时，X X方向上测电荷密度方向上测电荷密度(md)(md)：1=d12T2 1=d12T2 在在Z Z方向上受正应力方向上受正应力T3T3时，测电流

16、为时，测电流为0 0 1=d13T3=0 1=d13T3=0 因为因为T3T3不等于不等于0 0，则，则d13=0d13=0。第11页/共38页第十二页，共39页。切应力：切应力：T4T4（yzyz或或zyzy应力平面的切应力），应力平面的切应力），T5 T5（xzxz或或zxzx平面），平面），T6 T6（xyxy或或yxyx平平面）面）在切应力作用在切应力作用(zuyng)(zuyng)下，下，X X方向上测电荷密度：方向上测电荷密度：1=d14T4 1=d14T4 而而 d15=d16=0 d15=d16=0 X X方向总电位移：方向总电位移：1=d11T1+d12T2+d14T4 1=

17、d11T1+d12T2+d14T4 第12页/共38页第十三页，共39页。x x方向总电位移：方向总电位移：1=d11T1+d12T2+d14T4 1=d11T1+d12T2+d14T4 同样，在晶体同样，在晶体y y方向的平面上被电极，测方向的平面上被电极，测y y方向的电位移方向的电位移D2D2：2=d25T5+d26T6 2=d25T5+d26T6 同样，在晶体同样，在晶体z z方向的平面上被电极，测方向的平面上被电极，测z z方向的电位移方向的电位移D3D3：3=0 3=0 对于对于 石英石英(shyng)(shyng)晶体，无论在哪个方向上施加应力，在晶体，无论在哪个方向上施加应力，

18、在z z方向的方向的 电极面上无压电效应。电极面上无压电效应。第13页/共38页第十四页，共39页。压电性压电性 以上正压电效应可以写成一以上正压电效应可以写成一般代数式的求和般代数式的求和(qi h)(qi h)方方式：即式：即 m=1,2,3 m为电学量，j为力学(l xu)量 采用矩阵方式(fngsh)可表示为：d为压电应变常量，是有方向的，而且具有张量性质。另外一种表示方法为：m=emiSi m=1,2,3 i=1,2,3,4,5,6 Emi为压电应力常量，为压电应力常量，Si为应变为应变第14页/共38页第十五页，共39页。2 2 逆压电效应与电致伸缩逆压电效应与电致伸缩 ：逆压电效

19、应：当晶体在外加电场作用下，晶体的某些逆压电效应：当晶体在外加电场作用下，晶体的某些 方向上产生形变，其形变与电场强度成正比。这种由方向上产生形变，其形变与电场强度成正比。这种由电能转变为机械能的过程称为电能转变为机械能的过程称为(chn(chn wi)wi)逆压电效应。逆压电效应。定量表示逆压电效应的一般式为：定量表示逆压电效应的一般式为：Si=dmiEn n=1,2,3 i=1,2,3,4,5,6 Ti=enjEn n=1,2,3 j=1,2,3,4,5,6逆压电效应的压电常量矩阵是正压电效应压电常量矩阵的转置矩阵，分别逆压电效应的压电常量矩阵是正压电效应压电常量矩阵的转置矩阵，分别(fn

20、bi)表示为表示为dT、eT，则逆压电效应短阵式可简化为，则逆压电效应短阵式可简化为 S=dTE T=eTE第15页/共38页第十六页，共39页。电致伸缩：任何电介质在外电场作用下，会发生尺寸变化，电致伸缩：任何电介质在外电场作用下，会发生尺寸变化，产生应变。为电致伸缩效应，其大小产生应变。为电致伸缩效应，其大小(dxi(dxi o)o)与所加电压与所加电压平方成正比。平方成正比。对于一般电介质而言：电致伸缩效应所产生的应变实在太对于一般电介质而言：电致伸缩效应所产生的应变实在太小，可以忽略。小，可以忽略。只有个别材料，共电致伸缩应变较大，在工程上有使用价只有个别材料，共电致伸缩应变较大，在工

21、程上有使用价值，这就是电致伸缩材料。例如电致伸缩陶瓷值，这就是电致伸缩材料。例如电致伸缩陶瓷PZN(PZN(锌铌锌铌酸铅陶瓷酸铅陶瓷)，其应变水平与压电陶瓷应变水平相当。，其应变水平与压电陶瓷应变水平相当。压电性压电性第16页/共38页第十七页，共39页。3 3 晶体晶体(jngt(jngt)压电性产生的原因：压电性产生的原因：压电性压电性 石英晶体属于离子晶体三方晶系、无中心对称的32点群。三个硅离子和六个氧离子配置在晶胞的晶格(jn)上。图中大圆为硅原于，小圆为氧原子。硅离子按左螺旋线方向排列，3#硅离子比5#硅离子较深(向纸内)，而1#硅离于比3#硅离子较深。第17页/共38页第十八页，

22、共39页。压电性压电性x方向加力方向加力1#Si4+进入到进入到2、6号号O2-之间之间4#O4+进入到进入到3、5号号Si4+之间之间表面表面A为负电荷为负电荷表面表面B为正电荷为正电荷y方向加力方向加力3#Si4+及及2号号O2-内移内移5#Si4+及及6号号O2-内移内移C、D之间不出现电荷之间不出现电荷A-B出现出现 (A+，B-）力力应变应变原子相对位置的改变原子相对位置的改变净电偶极矩净电偶极矩束缚电荷束缚电荷xy第18页/共38页第十九页，共39页。压电效应与晶体的对称性有关。由前讨论可知，压电效应的本质是压电效应与晶体的对称性有关。由前讨论可知，压电效应的本质是对晶体施加应力时

23、，改变了晶体内的电极化，这种电极化只能在不具有对晶体施加应力时，改变了晶体内的电极化，这种电极化只能在不具有对称中心的晶体内才可能发生。对称中心的晶体内才可能发生。只有结构上没有对称中心，才有可能产生压电效应只有结构上没有对称中心，才有可能产生压电效应而且必须是：而且必须是：电介质（或至少具有半导体性质）；电介质（或至少具有半导体性质）；其结构必须有带正、负电荷的质点其结构必须有带正、负电荷的质点-离子或离子团存在（离子晶体或离离子或离子团存在（离子晶体或离子团组成子团组成(z chn)的分子晶体）的分子晶体）常用：常用：石英晶体，钛酸钡，钛酸铅，铋酸钼等石英晶体，钛酸钡，钛酸铅，铋酸钼等第1

24、9页/共38页第二十页，共39页。4 4）压电材料的主要表征）压电材料的主要表征(bi(bi o zhno zhn)参数：参数：压电性压电性 （1）机械品质因数：压电振子是最基本的压电元件，它是被覆激励电极的压电体。谐振频率:若压电振子是具有固有振动频率fr的弹性体，当施加于压电振子上的激励信号频率等于(dngy)fr时，压电振子由于逆压电效应产生机械谐振，这种机械谐振又借助于正压电效应而输出电信号。压电振子谐振时，存在内耗，反映损耗程度的参数:Wm为振动一周为振动一周(y zhu)单位体积存贮的机械能，单位体积存贮的机械能，Wm为振动一周为振动一周(y zhu)单位单位体积消耗的能量。体积消

25、耗的能量。第20页/共38页第二十一页，共39页。压电性压电性 （2）机电耦合系数：机电耦合系数k是综合反映压电材料性能的参数。它表示压电材料的机械能与电能的耦合效应，定义为：由于压电元件的机械能与它的形状和振动方式有关，因此不同形状和不同振动方式所对应的机电耦合系数也不相同。K：反映压电材料机械能和电能相互转换(zhunhun)的力度。第21页/共38页第二十二页，共39页。1.热释电现象：热释电现象：热释电性（热电性）热释电性（热电性）：晶体由：晶体由于温度的作用而使其电极化强于温度的作用而使其电极化强度度(qingd)变化。变化。热释电性热释电性电气石电气石:化学成分（化学成分（Na,C

26、a)(Mg,Fe)3B3Al6Si6(O,OH,F)31在均匀加热的同时，让一束硫磺粉和铅丹粉经过筛孔喷在均匀加热的同时，让一束硫磺粉和铅丹粉经过筛孔喷向这个晶体。向这个晶体。结果会发现。晶体一端出现结果会发现。晶体一端出现(chxin)黄色。另一端变黄色。另一端变为红色。这就是坤持法显示的天然矿物晶体电气石的热为红色。这就是坤持法显示的天然矿物晶体电气石的热释电性实验。释电性实验。3m点群，只有一个三次转轴点群，只有一个三次转轴(zhunzhu)，没有加热时，自发极化电偶极矩被吸收的空气中的电，没有加热时，自发极化电偶极矩被吸收的空气中的电荷屏蔽荷屏蔽;温度升高，这种平衡破坏，一端带正电，一

27、端带负电。温度升高，这种平衡破坏，一端带正电，一端带负电。第22页/共38页第二十三页，共39页。2.2.热释电效应产生热释电效应产生热释电效应产生热释电效应产生(chnshng)(chnshng)的条件：的条件：的条件：的条件：热释电性热释电性晶体：一定是具有自发极化的晶体，在结构上具有极轴。晶体：一定是具有自发极化的晶体，在结构上具有极轴。极轴：晶体惟一的轴，二端往往具有不同性质极轴：晶体惟一的轴，二端往往具有不同性质(xngzh)，且采用对称操作不能与其它方向重合。，且采用对称操作不能与其它方向重合。有热释电效应一定有压电效应，反之不然。有热释电效应一定有压电效应，反之不然。压电效应：由

28、于机械应力引起正负电荷重心的相对位移；压电效应：由于机械应力引起正负电荷重心的相对位移；热释电效应：由于热膨胀引起的正负电荷重心的相对位移。热释电效应：由于热膨胀引起的正负电荷重心的相对位移。石英晶体在X1，X2，X3方向等位移(wiy)，正负电荷重心不变，没有热释电性。第23页/共38页第二十四页，共39页。产生热释电效应的条件：产生热释电效应的条件：（1）无对称中心；）无对称中心；（2）存在）存在(cnzi)自发极化；自发极化；（3）有极轴；）有极轴；Ps为自发极化(j hu)强度，Pin为电场作用产生热释电系数热释电系数(xsh)综合热释电系数综合热释电系数第24页/共38页第二十五页，

29、共39页。铁电存储器铁电存储器第25页/共38页第二十六页，共39页。1.电滞回线和铁电体电滞回线和铁电体3.5 铁电体铁电体p罗息盐罗息盐:酒石酸钾钠酒石酸钾钠-NaKC4H4O6 4H2O,其极化强度随其极化强度随外加电场的变化如右图所示形状外加电场的变化如右图所示形状(xngzhun)，称为电滞回线。，称为电滞回线。p把具有这种性质的晶体称为铁电体。把具有这种性质的晶体称为铁电体。Ps:饱和极化强度饱和极化强度Pr:剩余剩余(shngy)极化强度极化强度Ec:矫顽电场矫顽电场第26页/共38页第二十七页，共39页。n居里居里(j l)温度：铁电体在温度：铁电体在定温度以上，电滞回线消失，

30、定温度以上，电滞回线消失，这个温度为居里这个温度为居里(j l)温度温度Tcn它是铁电态的一个标志。同铁它是铁电态的一个标志。同铁磁体具有磁滞回线一样，所以人磁体具有磁滞回线一样，所以人们们(rn men)把这类晶体称作把这类晶体称作“铁电体铁电体”。其实晶体中并不含有。其实晶体中并不含有铁。铁。3.5 铁电体铁电体第27页/共38页第二十八页，共39页。2.电畴电畴电畴：铁电体自发极化时能量升高，状态电畴：铁电体自发极化时能量升高，状态不稳定，晶体趋向于分成许多小区域，每不稳定，晶体趋向于分成许多小区域，每个小区域电偶极子沿同一方向，不同小区个小区域电偶极子沿同一方向，不同小区域的电偶极子方

31、向不同，每个小区域为电域的电偶极子方向不同，每个小区域为电畴。畴。畴壁：畴之间的边界地区。决定畴壁厚度畴壁：畴之间的边界地区。决定畴壁厚度的因素是各种能量平衡的结果的因素是各种能量平衡的结果(ji gu)。180度，度，90度度 (单晶体）单晶体）60度，度，120度度（斜方晶系）（斜方晶系）71度，度，109度度 （菱形晶系）（菱形晶系）3.5 铁电体铁电体第28页/共38页第二十九页，共39页。第29页/共38页第三十页，共39页。n 铁电体在外电场的作用下，趋向与外电场方向一致，称为铁电体在外电场的作用下，趋向与外电场方向一致，称为“畴畴”转向，通转向，通过新畴的出现，发展和畴壁移动来实

32、现的。过新畴的出现，发展和畴壁移动来实现的。n外加电场撤去后，小部分电畴偏离外加电场撤去后，小部分电畴偏离(pinl)极化方向，恢复原位，大部分停极化方向，恢复原位，大部分停留在新转向的极化方向上，为剩余极化。留在新转向的极化方向上，为剩余极化。2.电畴电畴3.5 铁电体铁电体第30页/共38页第三十一页，共39页。1.设设单单晶晶体体的的极极化化强强度度方方向向只只有有沿沿某某轴轴的的正正向向或或负负向向二二种种可可能能。在在没没有有外外电电场场时时，晶晶体体总总电电矩矩为为零零(能能量量最最低低)。加加上上外外电电场场后后，沿沿电电场场方方向向的的电电畴畴扩扩展展、变变大大，而而与与电电场

33、场方方向向反反向向的的电电畴畴变变小小。这这 样样 极极 化化 强强 度度 随随 外外 电电 场场 增增 加加(zngji)而增加而增加(zngji)。2.电电场场强强度度继继续续增增大大，电电畴畴方方向向趋趋于电场方向，极化强度达到饱和。于电场方向，极化强度达到饱和。3.如如再再增增加加电电场场，则则极极化化强强度度(qingd)P与与电电场场E成成线线性性增增加加，沿沿这这线线性性外外推推至至E0处处，相相应应的的Ps值值称称为为饱饱和和极极化强度化强度(qingd)，也就是自发极化强度，也就是自发极化强度(qingd)。3.5 铁电体铁电体第31页/共38页第三十二页，共39页。4.若电

34、场强度自若电场强度自c处下降处下降(xijing)，晶体极化强度亦随之减小。在，晶体极化强度亦随之减小。在E0时仍存在极化强度，就是剩余极化时仍存在极化强度，就是剩余极化强度强度Pr。5.当反向电场强度为一当反向电场强度为一Ec时，剩时，剩余极化强度余极化强度Pr全部消失。全部消失。6.反向电场继续增大极化强度反向电场继续增大极化强度才开始反向，直到反向极化到饱和达才开始反向，直到反向极化到饱和达图中图中G处。处。Ec称为矫顽电场强度。称为矫顽电场强度。3.5 铁电体铁电体G第32页/共38页第三十三页，共39页。3.铁电体的起源铁电体的起源(qyun)：n 自发机制与铁电体的晶体结构有关，主

35、要是晶体中原子自发机制与铁电体的晶体结构有关，主要是晶体中原子位置的变化的结果。位置的变化的结果。n 自发机制：自发机制：n氧八面体中离子偏离中心的位移（应变）运动氧八面体中离子偏离中心的位移（应变）运动(yndng)；n氢键中质子运动氢键中质子运动(yndng)的有序化；的有序化；nOH-集团择优分布；集团择优分布；n含其它离子集团的极性分布。含其它离子集团的极性分布。3.5 铁电体铁电体第33页/共38页第三十四页，共39页。3.5 铁电体铁电体四方四方 120 以下为铁电体，且电偶以下为铁电体，且电偶矩方向矩方向(fngxing)受外电场控制受外电场控制1205-90立方立方(lfng)

36、结构结构四方四方(sfng)结构结构斜方斜方菱方结构菱方结构BaTiO3:居里点第34页/共38页第三十五页，共39页。n 在温度在温度TTc时，热能足以使时，热能足以使Ti 4+在中心位置附近任意移动。在中心位置附近任意移动。这种运动的结果造成无对称可言。这种运动的结果造成无对称可言。n 当外加电场当外加电场(din chng)时，可以造成时，可以造成Ti 4+产生较大的电偶产生较大的电偶极矩，但不能产生自发极化。极矩，但不能产生自发极化。3.5 铁电体铁电体第35页/共38页第三十六页，共39页。n当温度当温度T丁丁c时，此时时，此时Ti 4+和氧离于作用强于热振动和氧离于作用强于热振动晶体结构晶体结构(jigu)从立方改为四方结构从立方改为四方结构(jigu)，而且，而且T4+偏离了对称中心，产生永久偶极矩，并形成电畴。偏离了对称中心，产生永久偶极矩，并形成电畴。3.5 铁电体铁电体第36页/共38页第三十七页，共39页。3.5 铁电体铁电体第37页/共38页第三十八页，共39页。感谢您的观看感谢您的观看(gunkn)。第38页/共38页第三十九页，共39页。