高压铁电体电滞回线测量实验报告
引言:
铁电体是这样一类晶体：在一定温度范围内存在自发极化，自发极化具有两个或多个可能的取向，其取向可随电场而转向。铁电体并不含“铁”，只是它与铁磁体具有磁滞回线相类似，具有电滞回线，因而称为铁电体。在某一温度以上，它为顺电相，无铁电性，其介电常数服从居里外斯（Curie-Weiss）定律。铁电相与顺电相之间的转变通常称为铁电相变，该温度称为居里温度或居里点Ｔｃ。铁电体即使在没有外界电场的作用下，内部也会出现极化，这种极化称为自发极化。自发极化的出现是与这一类材料的晶体结构有关的。
铁电体最显著的特点就是自发极化强度可因电场作用而反向，因而极化强度P和电场Ｅ之间形成电滞回线是铁电体的一个主要特性。
(一)实验目的
通过实验了解什么是铁电体，什么是电滞回线如何通过电滞回线的测量来表片铁电体的铁电性能，以及其测量原理和方法。
(二)实验原理
一、铁电体的特点
1.电滞回线
铁电体的极化随外电场的变化而变化，但电场较强时，极化与电场之间呈非线性关系。在电场作用下新畴成核长大，畴壁移动，导致极化转向，在电场很弱时，极化线性地依赖于电场（见图12.2-1），此时可逆的畴壁移动成为不可逆的，极化随电场的增加比线性段快。当电场达到相应于Ｂ点值时，晶体成为单畴，极化趋于饱和。电场进一步增强时，由于感应极化的增加，总极化仍然有所增大（ＢＣ段）。如果趋于饱和后电场减小，极化将循ＣＢＤ段曲线减小，以致当电场达到零时，晶体仍保留在宏观极化状态，线段OD表示的极化称为剩余极化Ｐr。将线段ＣＢ外推到与极化轴相交于Ｅ，则线段OE为饱和自发极化Ｐs。如果电场反向，极化将随之降低并改变方向，直到电场等于某一值时，极化又将趋于饱和。这一过程如曲线ＤＦＧ所示，OF所代表的电场是使极化等于零的电场，称为矫顽场Ec。电场在正负饱和值之间循环一周时，极化与电场的关系如曲线CBDFGHB所示，此曲线称为电滞回线。
电滞回线可以用图12.2-2的装置显示出来（这是著名的Ｓａｙｅｒ-Ｔｏｙｅｒ电路），
以铁电晶体作介质的电容Ｃx 上的电压Ｖ是加在示波器的水平电极板上，与Ｃx 串联一个恒定电容Ｃy （即普通电容），Ｃy 上的电压Ｖy 加在示波器的垂直电极板上，很容易证明Ｖy 与铁电体的极化强度Ｐ成正比，因而示波器显示的图像，纵坐标反映Ｐ的变化，而横坐标Ｖx 与加在铁电体上外电场强成正比，因而就可直接观测到Ｐ Ｅ的电滞回线。
下面证明Ｖｙ和Ｐ的正比关系，因
（12.2-1）
式中ω为图12.2-2中电源Ｖ的角频率
ε0为真空的介电常数，Ｓ为平板电容Ｃx 的面积，ｄ为平行平板间距离，代入（12.2-1）式得：
（12.2-2）
根据电磁学
()E E E P χεεεεε0001=≈-= （12.2-3）
对于铁电体ε>>１，故有后一近似等式，代入（12.2-2）式，
（12.2-4）
因Ｓ与Ｃｙ都是常数，故Ｖｙ与Ｐ成正比。
(三)实验内容
本实验是通过高压铁电的电滞回线测量得到铁电体的剩余极化强度P r 、矫顽场Ec ，所用的仪器是南京大学应用物理中心生产的仪器，利用其预设的程序可很方便地测出铁电片的电滞回线，并得出其Pr 和 Ec 。
（四）实验过程
一，开启计算机，打开高压铁电测量系统。
二，将铁电样品去极化。设置电压为100V ，测量点数为1000，点击开始测量。观察电脑屏幕上的电滞回线图像。
此时屏幕上显示的图像为杂乱无章的图像，足见铁电内部是完全自发极化的。极化矢量没有固定的方向。
三，设置电压为700V ，重新测量，观察电脑屏幕上的电滞回线图像。此时开始出现电滞回线。
四，设置电压为750、800、850、900、950、1000V ，观察电滞回线。
五，从电滞回线图上读出剩余极化强度Pr ，矫顽场Ec 。并利用原始数据做拟合，得到比较准确的Pr 和Ec 的值。
（五）实验结果
（1）电压U=700V
电脑显示：Ec=476.257V
–Ec=-448.242V
Pr=52.992μc/cm2
–Pr=-54.421μc/cm2
从图一中可以看出，电滞回线的图像与我们预期的图像形状基本一致，由于测量过程的问题，在第三象限中缺失了部分点（在后面的图八中可以看到这部分对于每个电压值都是缺失的）。
图像呈中心对称，正向和负向的Pr和Ec值相差不多，总体来说正向略大一些。
显而易见，图像上的参数值与电脑显示的参数值是有很大差距的。Ec尤其明显。
从理论上来说,电滞回线的产生是由于畴壁在外场作用下翻转时存在极化弛豫，即滞后行为。对于顺电体而言，极化强度与电场呈线性关系，在电致应变曲线中表现为电致伸缩效应（线性）。因此都是没有极化损耗的，其表现就是P-E（或S-E）曲线面积为0，而铁电体由于畴壁的滞后会产生极化损耗，即该行为是不可逆的,会有能量损耗。就像是电工学中说的电压和电流存在相位角（滞后）时会产生无功功率一样。而能量损耗的量度由可由电滞回线包围的面积给出。
可以这样理解，对于P-E图，纵坐标单位是c/m2,横坐标单位是V/m,曲线包围的面积A=P*E，单位是J/m3,我们可以认为是单位体积内消耗的能量。
(2) 电压U=750V
电脑显示：Ec=480.469V –Ec=-480.469V Pr=53.771μc/cm2 –Pr=-55.135μc/cm2
（3）电压U=800V
电脑显示：Ec=479.736V –Ec=-447.754V Pr=54.875μc/cm2 –Pr=-55.460μc/cm2
（4）电压U=850V
c/cm2
电脑显示：Ec=441.956V –Ec=-441.956V Pr=57.473μc/cm2 –Pr=-54.226μ
（5）电压U=900V
电脑显示：Ec=468.140V –Ec=-468.140V Pr=57.863μc/cm2 –Pr=-54.811μc/cm2
（6）电压U=950V
电脑显示：Ec=494.324V –Ec=-456.299V Pr=59.097μc/cm2 –Pr=-54.226μc/cm2
（7）电压U=1000V
电脑显示：Ec=479.736V –Ec=-479.736V Pr=60.266μc/cm2 –Pr=-53.707μc/cm2
（8）不同电压下电滞回线图像的综合对比
结论：从图八中可以看出，随着外加电压的升高，电滞回线的图像越来越“瘦”，电滞回线所包围的面积越来越小。剩余极化强度Pr随电压升高而升高，而矫顽场Ec随电压的升高而
减小，并且在电压较小的时候变化比较快。曲线包围的面积随电压升高呈减少趋势，说明电压越高，损耗越少。
（六）实验数据处理
从以上的分析中我们知道，图像上给出的Pr 和Ec 与实际的数值有一定的差距，下面我们对数据重新做拟合，期待能够得出比较准确的数值。由于数据较多，仅以电压U=800V 为例细致分析，其他电压下的数据在后面给出相应的拟合结果，所采用的方法与800V 的方法完全相同。
（1）首先求解剩余极化强度Pr （正向），剩余极化强度是Vx=0时图像与纵坐标的交点值，为保证数据的准确性与合理性，取Vx=0两侧各10组数据，见下表
表 一
注：在取数据的时候我们没有取Vx=0 这一组数据，是为了用这一组数 据与拟合以后的结果做对比 电脑显示结果 Pr=54.875 用origin 软件对表一中的数据做四次多项式拟合，拟合结果如下
Vx/v μc/cm2 Vx/v μc/cm2
319.824 60.7851 -31.982 54.8754 287.841 60.0058 -63.964 53.5766 255.859 59.2265 -95.947 53.122 223.877 58.5771 -127.92 52.9921
191.894 57.7329 -159.91 52.8623
159.912 57.0835 -191.89 51.5634
127.929 56.5639 -223.87 49.875
95.9472 56.1093 -255.85 47.7968
63.9648 55.7846 -287.84 45.2641
31.9824 55.33 -319.82 42.082
(R-square 代表曲线对纵坐标的解释程度，R 越接近1说明拟合效果越好)
从上图中可以看出，在电压远离0的时候数据与曲线符合的非常好，而在0附近，尤其是在Vx<0的时候，数据点与图像符合的不是太好。
拟合的结果 Pr=54.823 而在电脑上显示的值是54.875，相对误差0.06%
下面用同样的方法来求剩余极化强度Pr （负值）
选取数据，见表二
粗略观察这组数据，发现在Vx=0两 侧y 值有比较大的变化，这可能会影响到拟合的效果。
电脑显示结果Pr=-55.460
Vx/v μc/cm2 Vx/v μc/cm2
-31.982 -57.667 31.9824 -55.589 -63.964 -57.927 63.9648 -55.395 -95.947 -58.122 95.9472 -55.265 -127.92 -58.447 127.929 -55.07
-159.91 -58.707 159.912 -54.745
-191.89 -58.901 191.894 -53.836
-223.87 -59.291 223.877 -52.732
-255.85 -59.616 255.859 -51.628
-287.84 -60.005 287.841 -50.069
-319.82 -60.395 319.824 -48.121
R 值不到99%，曲线对数据点的解释并不好，得到的拟合值与实验数据也有不小的差距。 尝试一下两侧分别拟合，再求平均值。
Vx>0 可得R-square=0.9981， Pr=-55.815
Vx<0 可得R- square=0.99806， Pr=-57.385
平均值 Pr=-56.597 这个值应该比-56.718更准确
相对误差为2.05%
（2） 求两侧的矫顽场Ec 的值
选取数据，见表三和表四
表三 表四
Vx/v μc/cm2 Vx/v Μc/cm2 -191.89 51.5634 -511.71 -12.598 -223.87 49.875 -543.7 -29.937 -255.85 47.7968 -575.68 -48.251 -287.84 45.2641 -607.66 -59.356 -319.82 42.082 -639.64 –61.82 -351.8 37.9257 -671.63 -62.733 -383.78 32.2109 -703.61 -63.512 -415.77 24.8725 -735.59 -64.097 -447.75 15.0014 -767.57 -64.681 -479.73 2.59765 -799.56 -65.201
Vx/v
μc/cm2 Vx/v μc/cm2 223.877
-52.732 543.701 8.11767 255.859
-51.628 575.683 25.9116 287.841
-50.069 607.666 43.5107 319.824
-48.121 639.648 55.7846 351.806
-46.238 671.63 60.3955 383.789
-42.796 703.613 62.2788 415.771
-37.795 735.595 63.5776 447.753
-30.457 767.578 64.6816 479.736
-20.196 799.56 65.5908 511.718
-7.5332 767.578 65.9155
拟合结果如下面两图：
1，负值矫顽场Ec
Vx<0 value Standard-error
intercept 207.83305 42.84862
B1 1.90502 4.89E-01
B2 8.34E-03 1.99E-03
B3 1.55E-05 3.45E-06
B4 9.49E-09 2.15E-09
对于函数f（x）=intercept+B1*x+B2*x2+B3*x3+B4*x4, 可以很容易求得这个一元四次函数的零点，Ec=-481.66V,电脑显示值为-447.754V。相对误差为7.5%
2,正值矫顽场Ec
Vx>0 value Standard-error
intercept -402.6374 57.62188
B1 3.88322 5.80E-01
B2 -1.55E-02 2.09E-03
B3 2.61E-05 3.22E-06
B4 -1.51E-08 1.80E-09
同样的可以得到函数的零点为Ec=522.379V，电脑显示值为479.736V，相对误差为8.9%
从上面两个结果中可以看出，实验值与拟合值之间还是有不小的差距。从原始实验数据上来看，拟合得到的结果是可信的，而电脑显示的结果与拟合值有如此大的偏差，可能是因为软件在处理数据时所采用的方法有瑕疵。
用上面表格中的数据做图，观察实验值与拟合值的变化情况
从以上两图中可以看出，
○1正向Pr实验值与拟合值的差别非常小，几乎完美的重合在一起，说明在测量过程中正向Pr值是最准确的，而负向Pr的结果差的非常多，考虑到在电压变化300V的范围内pr 总共变化了不到8μc/cm2,拟合值与实验值之间将近2μc/cm2的误差实在是太大了一些。
○2从图中还可以看出，实验值与拟合值的变化趋势是一致的。
从以上两图中可以看出，
○1Ec的实验值与拟合值相差较大。
○2无论是正向还是负向，拟合的结果都比实验值要大，差距约在10%左右。
○3除了负向700V和1000V以外，其余数据点总体的变化趋势是一样的，说明在做拟合的时候并没有破坏不同组数据之间的联系，并且得到了更准确的结果。
问题：为什么正向的Pr值拟合值与实验值几乎一样，而其他3个参数却差别很大呢？
一个合理的猜测是实验进行过程中测得的数据与测量的时间和步骤有关系。查看原始数据可以发现，正向Pr值附近的点是在最前面的，或者可以说正向Pr值是第一个测出的参数，在前面的分析已知当外加电场改变方向时，样品的特性会有比较大的突变，而在测量正向Pr之前，电场的方向没有改变过，因此得到的结果最准确。
至此，该实验基本的内容已经全部完成了。通过本实验，我们系统的了解了铁电体电滞回线的性质以及出现电滞回线的原因。掌握了测量电滞回线的基本方法，并对Ec、Pr这两个重要的物理参量有了一个清晰的认识。
（七）参考文献
（1）黄润生、沙振舜、唐涛主编《近代物理实验》2010年第二版
（2）钟维烈《铁电物理学》科学出版社1996
铁电薄膜的电滞回线测量 一、实验内容及目的 1）测量铁电薄膜样品的电滞回线及得到铁电薄膜材料的饱和极化±Ps、剩余极化±Pr、矫顽场±Ec等参数。 2）了解什么是铁电体，什么是电滞回线及其测量原理和方法。 3）了解铁薄膜材料的功能和应用前景。 二、实验原理 铁电体的极化随外电场的变化而变化，但电场较强时，极化与电场之间呈非线性关系。在电场作用下新畴成核长，畴壁移动，导致极化转向，在电场很弱时，极化线性地依赖于电场见图,此时可逆的畴壁移动成为不可逆的，极化随电场的增加比线性段快。当电场达到相应于B点值时，晶体成为单畴，极化趋于饱和。电场进一步增强时，由于感应极化的增加，总极化仍然有所增大(BC)段。如果趋于饱和后电场减小，极化将循 CBD段曲线减小，以致当电场达到零时，晶体仍保留在宏观极化状态，线段OD表示的极化称为剩余极化Pr。将线段CB外推到与极化轴相交于E，则线段OE 为饱和自发极化Ps。如果电场反向，极化将随之降低并改变方向，直到电场等于某一值时，极化又将趋于饱和。这一过程如曲线DFG所示，OF所代表的电场是使极化等于零的电场，称为矫顽场 Ec。电场在正负饱和度之间循环一周时，极化与电场的关系如曲线CBDFGHC所示此曲线称为电滞回线。 图1 铁电体的电滞回线
三、实验仪器 四、实验步骤 1、样品的安装 样品盒中，连接样品的一对电极，其中的一个电极为平台，样品置放其上，另一电极为探针，将样品压在样品台上。将铁电样品平稳放置在样品加上。 2、测量 1）安装好样品后，关闭样品盒，接通样品盒电源（样品台上的红色指示灯亮）。2）点击程序界面上的“显示”按钮，在仪器面板上，从小到大调节极化电压旋钮，同时注意观察测量得到的曲线。 3)若极化电压调到200V还没有得到电滞回线，需将电压调回最小，再点击程序界面中的“电压提升”，继续调节极化电压，得到较满意的电滞回线。 3、记录数据 得到满意的曲线后，直接点击程序界面中的“记录”按钮，记录完一个周期后自动关闭样品电源并停止测量。
实验三 电滞回线测量 硕827 展学磊 3108030004 一、实验目得 1、学习电滞回线测量得方法与基本原理; 2、熟悉电滞回线测量系统得使用方法; 3、掌握测量数据分析方法。 二、实验原理 铁电体得自发极化在外电场作用下得重新定向并不就是连续发生得,而就是在外电场超过某一临界场强时发生得。这就使得极化强度P滞后于外电场E。当电场发生周期性变化时,P与E之间便形成电滞回线关系。 测量铁电体材料电滞回线得方法通常有两种:冲击检流计描点法与示波器图示法 量值)。关于电压从0→Um→0→-Um→0→Um过程中记录电压值以及与之对应得冲击检流计读数。 设冲击检流计得动态常数为Cg 高压铁电体电滞回线测量实验报告 引言: 铁电体是这样一类晶体：在一定温度范围内存在自发极化，自发极化具有两个或多个可能的取向，其取向可随电场而转向。铁电体并不含“铁”，只是它与铁磁体具有磁滞回线相类似，具有电滞回线，因而称为铁电体。在某一温度以上，它为顺电相，无铁电性，其介电常数服从居里外斯（Curie-Weiss）定律。铁电相与顺电相之间的转变通常称为铁电相变，该温度称为居里温度或居里点Ｔｃ。铁电体即使在没有外界电场的作用下，内部也会出现极化，这种极化称为自发极化。自发极化的出现是与这一类材料的晶体结构有关的。 铁电体最显著的特点就是自发极化强度可因电场作用而反向，因而极化强度P和电场Ｅ之间形成电滞回线是铁电体的一个主要特性。 (一)实验目的 通过实验了解什么是铁电体，什么是电滞回线如何通过电滞回线的测量来表片铁电体的铁电性能，以及其测量原理和方法。 (二)实验原理 一、铁电体的特点 1.电滞回线 铁电体的极化随外电场的变化而变化，但电场较强时，极化与电场之间呈非线性关系。在电场作用下新畴成核长大，畴壁移动，导致极化转向，在电场很弱时，极化线性地依赖于电场（见图12.2-1），此时可逆的畴壁移动成为不可逆的，极化随电场的增加比线性段快。当电场达到相应于Ｂ点值时，晶体成为单畴，极化趋于饱和。电场进一步增强时，由于感应极化的增加，总极化仍然有所增大（ＢＣ段）。如果趋于饱和后电场减小，极化将循ＣＢＤ段曲线减小，以致当电场达到零时，晶体仍保留在宏观极化状态，线段OD表示的极化称为剩余极化Ｐr。将线段ＣＢ外推到与极化轴相交于Ｅ，则线段OE为饱和自发极化Ｐs。如果电场反向，极化将随之降低并改变方向，直到电场等于某一值时，极化又将趋于饱和。这一过程如曲线ＤＦＧ所示，OF所代表的电场是使极化等于零的电场，称为矫顽场Ec。电场在正负饱和值之间循环一周时，极化与电场的关系如曲线CBDFGHB所示，此曲线称为电滞回线。 电滞回线可以用图12.2-2的装置显示出来（这是著名的Ｓａｙｅｒ-Ｔｏｙｅｒ电路）， 实验10.2 铁电薄膜铁电性能的表征 一、引言 铁电体（Ferroelectrics）是这样一类材料：在一定温度范围内存在自发极化，且自发极化具有两个或多个可能的取向，在电场作用下其取向可改变。铁电体并不含“铁”，只是它与具有磁滞回线的铁磁体相类似，具有电滞回线，因而称为铁电体（Ferroelectrics）。在某一温度以上，它为顺电相，无铁电性，其介电常数服从居里—外斯（Curie Weiss）定律。铁电相与顺电相之间的转变通常为铁电相变，转变温度称为居里温度或居里点T。铁电体即使在没有外电场的作用下，内部也会出现极化，这种极化称为自发极化。自发极化的出现是与材料的晶体结构有关的。 第一个铁电体是1655年住在法国Rochelle的药剂师Seignett所发现的罗息盐（酒石酸钠钾NaKC4H4O6+4H2O），自本世纪20年代发现它的铁电性以来，铁电研究经历了四个阶段：第一阶段为1920至1939年，发现了两种铁电结构，即罗息盐和KH2PO4（KDP）系列；第二阶段发现了不含氢键，具有多个铁电相的铁电体BaTiO3，在这阶段开始建立有关铁电体的唯象理论并趋于成熟；到了70年代包括钙钛矿结构的PbTiO3系列，钨青铜系列在内的大量铁电体被发现，同时在相应理论方面Coheran和Anderson提出铁电软模理论并得到完善；第四阶段为80年代至今，研究集中于铁电液晶、聚合物复合材料、薄膜材料和异质结构等非均匀系统。 图1 钛酸铅的晶体结构 晶体的对称性可以划分为32种点群。在无中心对称的21种点群的晶体类型中除432点群外其余20种都有压电效应，其中有10种具有极性的晶体（点群1，2，m，3，3m，mm2，4，4mm，6，6mm）具有热释电性。它们具有自发极化，但因表面电荷的抵偿作用， 铁电薄膜铁电性能表征 131120161 李晓曦一、引言 铁电体是这样一类晶体:在一定温度范围内存在自发极化,自发极化具有两个或多个可能的取向,其取向可能随电场而转向.铁电体并不含“铁”,只是它与铁磁体具有磁滞回线相类似，具有电滞回线，因而称为铁电体。在某一温度以上，它为顺电相，无铁电性，其介电常数服从居里-外斯（Curit-Weiss）定律。铁电相与顺电相之间的转变通常称为铁电相变，该温度称为居里温度或居里点Tc。铁电体即使在没有外界电场作用下，内部也会出现极化，这种极化称为自发极化。自发极化的出现是与这一类材料的晶体结构有关的。 铁电体特点是自发极化强度可因电场作用而反向，因而极化强度和电场 E 之间形成电滞回线。自发极化可用矢量来描述，自发极化出现在晶体中造成一个特殊的方向。晶体中每个晶胞中原子的构型使正负电荷重心沿这个特殊方向发生位移，使电荷正负中心不重合，形成电偶极矩。整个晶体在该方向上呈现极性，一端为正，一端为负。在其正负端分别有一层正和负的束缚电荷。束缚电荷产生的电场在晶体内部与极化反向（称为退极化场），使静电能升高。铁电现象第一次发现是在1920年，由瓦拉赛尔发现外场可以使罗西盐的极化方向反转，但是铁电现象直到40年代初才得以被广泛研究。如今铁电现象因为其独特性质得到了广泛的应用，而本实验就是为了初步探究本现象的物理性质。本实验测量了铁电材料的电滞回线，并且改变电压测量了不同电压下的图像和矫顽力等数值。作者又进一步对此现象进行了初步探究，研究了其相关机理。 二、实验目的 1、了解什么是铁电体，什么是电滞回线及其测量原理和方法。 2、了解非挥发铁电随机读取存储器的工作原理及性能表征。 三、实验原理 1、铁电体的特点 （1）电滞回线 铁电体的极化随外电场的变化而变化，但电场较强时，极化与电场之间呈非线性关系。在电场作用下新畴成核长，畴壁移动，导致极化转向，在电场很弱时，极化线性地依赖于电场见图1,此时可逆的畴壁移动成为不可逆的，极化随电场的增加比线性段快。当电场达到相应于B点值时，晶体成为单畴，极化趋于饱和。电场进一步增强时，由于感应极化的增加，总极化仍然有所增大(BC)段。如果趋于饱和后电场减小，极化将循 CBD段曲线减小，以致当电场达到零时，晶体仍保留在宏观极化状态，线段OD表示的极化称为剩余极化Pr。将线段CB外推到与极化轴相交于E，则线段OE 为饱和自发极化Ps。如果电场反向，极化将随之降低并改变方向，直到电场等于某一值时，极化又将趋于饱和。这一过程如曲线DFG所示，OF所代表的电场是使极化等于零的电场，称为矫顽场Ec。电场在正负饱和度之间循环一周时，极化与电场的关系如曲线CBDFGHC所示此曲线称为电滞回线。 铁电薄膜铁电性能的表征 091120*** 引言： 铁电体是这样一类晶体:在一定温度范围内存在自发极化,自发极化具有两个或多个可能的取向,其取向可能随电场而转向.铁电体并不含“铁”,只是它与铁磁体具有磁滞回线相类似，具有电滞回线，因而称为铁电体。在某一温度以上，它为顺电相，无铁电性，其介电常数服从居里-外斯（Curit-Weiss）定律。铁电相与顺电相之间的转变通常称为铁电相变，该温度称为居里温度或居里点Tc。铁电体即使在没有外界电场作用下，内部也会出现极化，这种极化称为自发极化。自发极化的出现是与这一类材料的晶体结构有关的。 晶体的对称性可以划分为32种点群。在无中心对称的21种晶体类型种除432点群外其余20种都有压电效应，而这20种压电晶体中又有10种具热释电现象。热释电晶体是具有自发极化的晶体，但因表面电荷的抵偿作用，其极化电矩不能显示出来，只有当温度改变，电矩（即极化强度）发生变化，才能显示固有的极化，这可以通过测量一闭合回路中流动的电荷来观测。热释电就是指改变温度才能显示电极化的现象，铁电体又是热释电晶体中的一小类，其特点就是自发极化强度可因电场作用而反向，因而极化强度和电场E 之间形成电滞回线是铁电体的一个主要特性。 自发极化可用矢量来描述，自发极化出现在晶体中造成一个特殊的方向。晶体红，每个晶胞中原子的构型使正负电荷重心沿这个特殊方向发生位移，使电荷正负中心不重合，形成电偶极矩。整个晶体在该方向上呈现极性，一端为正，一端为负。在其正负端分别有一层正和负的束缚电荷。束缚电荷产生的电场在晶体内部与极化反向（称为退极化场），使静电能升高，在受机械约束时，伴随着自发极化的应变还将使应变能增加，所以均匀极化的状态是不稳定的，晶体将分成若干小区域，每个小区域称为电畴或畴，畴的间界叫畴壁。畴的出现使晶体的静电能和应变能降低，但畴壁的存在引入了畴壁能。总自由能取极小值的条件决定了电畴的稳定性。 实验目的： 1、了解铁电参数测试仪的工作原理和使用方法 2、了解什么是铁电体，什么是电滞回线及其测量原理和方法。 3、了解非挥发铁电随机读取存储器的工作原理及性能表征。 实验原理： 1、铁电体的特点 （1）电滞回线 铁电体的极化随外电场的变化而变化，但电场较强时，极化与电场之间呈非线性 关系。在电场作用下新畴成核长，畴壁移动，导致极化转向，在电场很弱时，极化线性地依赖于电场见图(12.2-1) ,此时可逆的畴壁移动成为不可逆的，极化随电场的 铁电薄膜的铁电性能测量 引言 铁电体是这样一类晶体:在一定温度范围内存在自发极化,自发极化具有两个或多个可能的取向,其取向可能随电场而转向.铁电体并不含“铁”,只是它与铁磁体具有磁滞回线相类似，具有电滞回线，因而称为铁电体。在某一温度以上，它为顺电相，无铁电性，其介电常数服从居里-外斯（Curit-Weiss）定律。铁电相与顺电相之间的转变通常称为铁电相变，该温度称为居里温度或居里点Tc。铁电体即使在没有外界电场作用下，内部也会出现极化，这种极化称为自发极化。自发极化的出现是与这一类材料的晶体结构有关的。 晶体的对称性可以划分为32种点群。在无中心对称的21种晶体类型种除432点群外其余20种都有压电效应，而这20种压电晶体中又有10种具热释电现象。热释电晶体是具有自发极化的晶体，但因表面电荷的抵偿作用，其极化电矩不能显示出来，只有当温度改变，电矩（即极化强度）发生变化，才能显示固有的极化，这可以通过测量一闭合回路中流动的电荷来观测。热释电就是指改变温度才能显示电极化的现象，铁电体又是热释电晶体中的一小类，其特点就是自发极化强度可因电场作用而反向，因而极化强度和电场E 之间形成电滞回线是铁电体的一个主要特性。 自发极化可用矢量来描述，自发极化出现在晶体中造成一个特殊的方向。晶体红，每个晶胞中原子的构型使正负电荷重心沿这个特殊方向发生位移，使电荷正负中心不重合，形成电偶极矩。整个晶体在该方向上呈现极性，一端为正，一端为负。在其正负端分别有一层正和负的束缚电荷。束缚电荷产生的电场在晶体内部与极化反向（称为退极化场），使静电能升高，在受机械约束时，伴随着自发极化的应变还将使应变能增加，所以均匀极化的状态是不稳定的，晶体将分成若干小区域，每个小区域称为电畴或畴，畴的间界叫畴壁。畴的出现使晶体的静电能和应变能降低，但畴壁的存在引入了畴壁能。总自由能取极小值的条件决定了电畴的稳定性。 参考资料 [1]钟维烈，铁电物理学，科学出版社，1996。 [2]干福熹，信息材料，天津大学出版社，2000 [3]J.F.Scoot,Ferroelectric Memories,Springer,2000。 实验目的 一、了解什么是铁电体，什么是电滞回线及其测量原理和方法。 二、了解铁薄膜材料的功能和应用前景。 实验原理 一、铁电体的特点 1．电滞回线 铁电体的极化随外电场的变化而变化，但电场较强时，极化与电场之间呈非线性关系。在电场作用下新畴成核长，畴壁移动，导致极化转向，在电场很弱时，极化线 铁电材料BaTiO3的制备及其压电、光伏特性 实验报告 调研报告 一、文献综述 1.背景: 铁电材料是指具有自发极化，而且在外加电场下，自发极化发生转向的电介质材料，它是热释电材料的一个分支。铁电材料由于其铁电性、介电性、压电性、热释电效应、热电效应、电光性质等特性，而广泛应用于各个领域（见下表1），如在通讯系统、微电子学、光电子学、集成光学和非机械学等领域有着重要的或潜在的应用,从而引起国内外学者的广泛研究。 表1.铁电薄膜材料的应用 铁电薄膜材料根据成分可分为三大类，包括铌酸盐系、钛酸盐系、锆酸盐系，其中典型铁电材料有:钛酸钡(BaTiO3)、磷酸二氢钾(KH2PO4)等，然而BaTiO3是一种强介电化合物材料，它具有很高的介电常数和较低的介电损耗，是电子陶瓷中使用最广泛的材料之一，它被称作“电子陶瓷工业的支柱”。同时该材料是最早研究的钙钛矿结构的铁电材料，因此通过对该材料的学习、制备和性能的检测，对铁电材料领域的相关知识的了解有着重要的意义。前人们对钛酸钡的制备和性能有着很多的研究，目前对钛酸钡材料的研究已经往微型化发展，制备成铁电薄膜材料，同时研究不同的制备方法、元素掺杂等对钛酸钡薄膜材料性能的影响，在这基础上，研究外界条件（外加磁场等）对铁电薄膜材料的物理调控，渐渐的利用其性质应用于器件中（光伏器件、电容器等）。 2.制备方法与结构性质: 结构性质：电介质材料按其晶体对称性可分为32种点群，在这32种晶体学点群中，有21种不具有对称中心，其中20种呈现压电效应。而这20种压电性晶体中的10种具有受热而自发极化现象，因其是受热而引起电极化状态的改变，故这10种晶体又称为热释电晶体。热释电效应只发生在非中心对称并具有极性的晶体中。 铁电体即使在没有外界电场作用下，内部也会出现极化，这种极化称为自发极化。自发极化的出现是与这一类材料的晶体结构有关的。 反铁电体电滞回线形状特点 1.引言 1.1 概述 概述部分的内容可以包括对反铁电体和电滞回线形状特点的简要介绍。 反铁电体是一种特殊的电性材料，具有非常独特的电滞回线形状特点。在外加电场的作用下，反铁电体会出现明显的电滞现象，即在电场的变化过程中，其极化强度呈现非线性的变化趋势。与铁电体相比，反铁电体不仅在电场的变化方向上有电滞现象，而且在反向电场下也会出现电滞现象。 反铁电体的电滞回线形状特点是其极化强度与外加电场之间的关系。常见的反铁电体电滞回线形状特点包括S形、M形和P形等。S形的电滞回线形状特点表现为在电场升高后，极化强度先是缓慢上升，然后急剧上升，最后趋于饱和。M形的电滞回线形状特点表现为在电场升高过程中，极化强度先是缓慢上升，然后下降，再次上升，最后趋于饱和。P形的电滞回线形状特点表现为在电场升高后，极化强度先是缓慢上升，然后急剧上升，最后趋于饱和，而在电场减小的过程中，极化强度则保持不变。 对于反铁电体电滞回线形状特点的研究具有重要的科学意义和应用价值。了解反铁电体的电滞回线形状特点可以揭示其内部极化机制，为材料的设计和应用提供指导。此外，反铁电体的电滞回线形状特点还可以用于 存储器件、传感器和电场调控器件等领域的应用，具有广泛的市场前景。 本文将系统地探讨反铁电体电滞回线的形状特点，通过对已有研究成果的综述和分析，总结出其常见的形状特征，为进一步的研究和应用提供依据。同时，对未来的研究方向和展望进行探讨，期望能够推动反铁电体研究领域的发展，为相关领域的技术创新和应用开发做出贡献。 1.2 文章结构 文章结构部分的内容可以从以下几个方面进行叙述： 首先，介绍文章的整体结构。可以简要描述文章分为引言、正文和结论三个主要部分，并说明每个部分的重点内容。引言部分主要概述了反铁电体电滞回线形状特点的研究背景和意义，正文部分详细介绍了反铁电体的定义以及电滞回线的形状特点，结论部分对反铁电体电滞回线形状特点进行总结，并展望了未来的研究方向。 其次，说明引言部分的内容。引言部分一般包括概述、文章结构和目的三个方面。在概述部分，可以简要介绍反铁电体电滞回线形状特点的研究背景和意义，提出研究问题。在文章结构部分，可以说明文章的主要结构和各个部分的内容安排。在目的部分，可以明确文章的研究目的和意义，即为何要对反铁电体电滞回线形状特点进行研究。 最后，概括正文和结论部分的内容。在正文部分，主要介绍反铁电体 物理实验报告铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线 一、实验原理 铁磁材料在磁场的作用下会发生磁化现象，而磁化程度随着磁场强度的变化而发生变化。在一定的磁场范围内，铁磁材料的磁化程度与磁场的强度之间存在着一种函数关系，成为基本磁化曲线。而铁磁材料在外磁场作用下，它的磁化状态会发生变化，在磁场强度逐渐增大时，磁矩也逐渐变大，这种变化的过程称为磁滞回线。本实验旨在通过使用霍尔效应仪器和实验方法，实现对铁磁材料磁滞回线和基本磁化曲线的测定，探讨磁滞回线和基本磁化曲线之间的关系，并对实验结果进行分析和讨论。 二、实验装置 实验仪器主要包括霍尔效应电路、锁相放大器、磁力计、线圈等实验器材。 三、实验步骤 1、首先将磁力计放置在霍尔效应电路的输出端，然后将电路连接好。 2、在运行实验之前，需要先将霍尔效应电路进行调零操作，以保证实验的精度。 3、在调零之后，需要将待测物品即铁磁材料放置在磁力计的测量端。 4、接下来，可以利用锁相放大器对磁力计的输出信号进行检测，并进行相应的数据采集和处理。 5、在不同磁场强度下，可以对待测物品的磁化状态进行测量和记录，并记录相应的数据。 6、最终，可以将所得数据绘制成磁滞回线和基本磁化曲线图形，并对实验结果进行分析和讨论。 四、实验结果 通过对铁磁材料的实验测量和数据处理，可以得到所得到的磁滞回线和基本磁化曲线图形如下： [图1] 铁磁材料的磁滞回线 根据实验结果可知，铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线之间存在着一定的关系，当外磁场逐渐增大时，铁磁材料的磁矩也逐渐增大，并随着磁场的逐渐增大而逐渐达到饱和状态。当外磁场逐渐减小时，铁磁材料的磁矩也逐渐减小，并在磁场降低到一定程度时达到磁剩余状态。 五、实验分析 铁磁材料动态磁滞回线的观测和研究的实验报告 铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线【实验目的】1认识铁磁物质的磁化规律比较两种典型的铁磁物质的动态磁化特性。2测定样品的基本磁化曲线作H 曲线。3测定样品的Hc、Br、Bm和 Hm�6�1Bm等参数。4测绘样品的磁滞回线。【实验原理】1起始磁化曲线和磁滞回线铁磁物质是一种性能特异用途广泛的材料。铁、钴、镍及其众多合金以及含铁的氧化物铁氧体均属铁磁物质。其特征是在外磁场作用下能被强烈磁化故磁导率很高。另一特征是磁滞即磁化场作用停止后铁磁质仍保留磁化状态图2-1为铁磁物质的磁感应强度B与磁化场强度H之间的关系曲线。图2-1 铁磁质起始磁化曲线和磁滞回线图2-2 同一铁磁材料的一簇磁滞回线图中的原点O表示磁化之前铁磁物质处于磁中性状态即BH0当磁场H从零开始增加时磁感应强度B随之缓慢上升如线段Oa所示继之B随H迅速增长如ab所示其后B的增长又趋缓慢并当H增至Hm时B到达饱和值BmOabs称为起始磁化曲线。图2-1表明当磁场从Hm逐渐减小至零磁感应强度B并不沿起始磁化曲线恢复到“O”点而是沿另一条新的曲线SR下降比较线段OS和SR可知H减少B相应也减小但B 的变化滞后于H的变化这现象称为磁滞磁滞的明显特征是当H0时B 不为零而保留剩磁Br。当磁场反向从0逐渐变至Hc时磁感应强度B消失说明要消除剩磁必须施加反向磁场Hc称为矫顽力它的大小反映铁磁材料保持剩磁状态的能力线段RD称为退磁曲线。图2-1还表示当磁场按Hm→0→Hc→-Hm→0→Hc→Hm次序变化相应的磁感应强度B则沿闭合曲线SRDS’R’D’S变化这闭合曲线称为磁滞回线。 所以当铁磁材料处于交变磁场中时如变压器中的铁心将沿磁滞回线反复被磁化→去磁→反向磁化→反向去磁。在此过程中要消耗额外的能量并以热的形式从铁磁材料中释放这种损耗称为磁滞损耗可以证明磁滞损耗与磁滞回线所围面积成正比。2基本磁化曲线应该说明当初始态为HB0的铁磁材料在交变磁场强度由弱到强依次进行磁化可以得到面积由小到大向外扩张的一簇磁滞回线如图2-2所示这些磁滞回线顶点A1、A2、A3、…的连线为铁磁材料的基本磁化曲线由此可近似确定其磁导率因B与H非线性故铁磁材料的不是常数而是随H而变化如图2-3所示。铁磁材料的相对磁导率可高达数千乃至数万这一特点是它用途广泛的主要原因之一。图2-3 铁磁材料μ与H 关系曲线图2-4 不同铁磁材料的磁滞回线可以说磁化曲线和磁滞回线是铁磁材料分类和选用的主要依据图2-4为常见的两种典型的磁滞回线其中软磁材料的磁滞回线狭长、矫顽力、剩磁和磁滞损耗均较小是制造变压器、电机、和交流磁铁的主要材料。而硬磁材料的磁滞回线较宽矫顽力大剩磁强可用来制造永磁体。3利用示波器观测磁滞回线的原理图2-5 原理电路图利用示波器观测磁滞回线的原理电路如图2-5所示。待测样品为EI型矽钢片其上均匀地绕以磁化线圈N及副线圈n。交流电压u加在磁化线圈上线路中串联了一取样电阻R1。将R1两端的电压UH加到示波器的X输入端上对DC4322B 示波器为通道Ⅰ。副线圈n与电阻R2和电容C串联成一回路。电容C两端的电压UB加到示波器的Y输入端上对DC4322B示波器为通道Ⅱ。下面我们来说明为什么这样的电路能够显示和测量磁滞回线。 南昌大学物理实验报告 For personal use only in study and research; not for commercial use 课程名称：普通物理实验（2） 实验名称：铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线 For personal use only in study and research; not for commercial use 学院：专业班级： 学生姓名：学号： 实验地点：座位号： 实验时间： 一、实验目的： 1、掌握用磁滞回线测试仪测绘磁滞回线的方法。 2、了解铁磁材料的磁化规律，用示波器法观察磁滞回线比较两种典型铁磁物质的动态磁化特性。 3、测定样品的磁化特性曲线（B-H曲线），并作μ-H曲线。 4、测绘样品在给定条件下的磁滞回线，估算其磁滞损耗以及相关、、、、的等参量。 二、实验仪器： TH—MHC型智能磁滞回线测试仪、示波器。 三、实验原理： 1．铁磁材料的磁滞特性 铁磁物质是一种性能特异，用途广泛的材料。铁、钴、镍及其众多合金以及含铁的氧化物（铁氧体）均属铁磁物质。其特性是在外磁场作用下能被强烈磁化，即磁导率μ很高。另一特征是磁滞，铁磁材料的磁滞现象是反复磁化过程中磁场强度H与磁感应强度B之间关系的特性。即磁场作用停止后，铁磁物质仍保留磁化状态，图1为铁磁物质的磁感应强度B与磁场强度H之间的关系曲线。 图中的原点O表示磁化之前铁磁物质处于磁中性状态，即B＝H＝O，当磁场强度H从零开始增加时，磁感应强度B随之从零缓慢上升，如曲线Oa，继之B随H迅速增长，如曲线ab所示，其后B的增长又趋缓慢，并当H增至H S时，B达到饱和值B S这个过程的OabS曲线称为起始磁化曲线。如果在达到饱和状态之后使磁场强度H减小，这时磁感应强度B的值也要减小。图1表明，当磁场从H S逐渐减小至零，磁感应强度B并不沿起始磁化曲线恢复到“O”点，而是沿另一条新的曲线SR下降，对应的B值比原先的值大，说明铁磁材料的磁化过程 实验29-铁电性能测量实验讲义 铁电体电滞回线的测量 铁电材料是一类具有自发极化，而且 其自发极化矢量在外电场作用下可以翻转的电介质材料，它具有优异的铁电、压电、介电、热释电及电光性能，在非挥发性铁电存储器、压电驱动器、电容器、红外探测器和电光调制器等领域有重要的应用。铁电材料的主要特征是具有铁电性，即极化强度与外电场之间具有电滞回线的关系，如图1所示。电滞回线是铁电体的重要特征和重要判据之一，通过电滞回线的测量可以得到自发极化强度P s 、剩余极化强度P r 、矫顽场E c 等重要铁电参数，理解铁电畴极化翻转的动力学过程。 【实验目的】 1. 了解铁电测试仪的工作原理和使用方法。 2. 掌握电滞回线的测量及分析方法。 3. 理解铁电材料物理特性及其产生机理。 【实验仪器】 本实验采用美国Radiant Technology 公司生产的RT Premier Ⅱ型标准铁电测试仪，该仪器可以测量铁电材料的电滞回线、漏电流、疲劳、印痕、PUND (Positive Up Negative Down)等性能，而且配备了变温系统和热释电软件还可以测量热释电性能。 【实验原理】 铁电体的自发极化强度并非整个晶体为同一方向，而是包括各个不同方向的自发极化区域，其中具有相同自发极化方向的小区域叫做铁电畴。电滞回线的产生是由于铁电晶体中存在铁电畴。铁电体未加电场时，由于自发极化取向的任意性和热运动的影响，宏观上不呈现极化现象。当加上外电场大于铁电体的矫顽场时，沿电场方向的电畴由于新畴核的形成和畴壁的运动，体积迅速扩大，而逆电场方向的电畴体积则减小或消失，即逆电场方向的电畴转化为顺电场方向，因此表面电荷Q (极化强度P )和外电压V (电场强度E )之间构成电滞回线的关系。另外由于铁电体本身是一种电介质材料，两面涂上电极构成电容器之后还存在着电容效应和电阻效应，因此一个铁电试样的等效电路如图2所示。其中C F 对应于电畴反转的等效电容，C D 对应于线性感应极化的等效电容，R C 对应于试样的漏电流和感应极化损耗相对应的等效电阻。如果在试 图2 铁电测试 O +E c -P r P E +P r -E c P S 图 1 铁电 体的电滞回线 铁电体电滞回线及居里温度的测量 自从1921年了J.Valasek 发现罗息盐是铁电体以来，迄今为止陆续发现的新铁电材料已达一千种以上。铁电材料不仅在电子工业部门有广泛的应用，而且在计算机、激光、红外、徽波、自动控制和能源工程中都开辟了新的应用领域。电滞回线是铁电体的主要特征之一，电滞回线的测量是检验铁电体的一种主要手段。通过电滞回线的测量可以获得铁电体的一些重要参数。在居里温度处，铁电材料的许多物理性质将发生突变，因此居里温度的测量对研究铁电体的性质有重要的的意义。通过本实验可以了解铁电体的基本特性，掌握电滞回线及居里温度的一种测量方法。 一、实验原理 1. 电滞回线。我们知道，全部晶体按其结构的对称性可以分成32类（点群）。32类中有10类在结构上存在着唯一的“极轴”，即此类晶体的离子或分子在晶格结构的某个方向上正电荷的中心与负电荷的中心重合。所以，不需要外电场的作用，这些晶体中就已存在着固有的偶极矩S P ，或称为存在着“自发极化”。 如果对具有自发极化的电介质施加一个足够大（如kV/cm)的外电场，该晶体的自发极化方向可随外电场而反向，则称这类电介质为“铁电体”。众所周知，铁磁体的磁化强度与磁场的变化有滞后现象，表现为磁滞回线。正如铁磁体一样铁电体的极化强度随外电场的变化亦有滞后现象，表现为“电滞回线”，且与铁电体的磁滞回线十分相似。铁电体其它方面的物理性质与铁磁体也有某种对应的关系。比如电畴对应于磁畴。激发极化方向一致的区域（一般μm 10108--）称为铁电畴，铁电畴之间的界面称为磁壁。两电畴反向平行排列的边界面称为180°磁壁，两电畴互相垂直的畴壁称为90°畴壁。在外电场的作用下，电畴取向态改变180°的称为反转，改变90°的称为90°旋转。晶体中每个电畴方向都相物的则称为单畴，若每个电畴的方向各不相同，则称为多畴。 电滞回线是铁电体的主要特征之一，电滞回线的测量是 检验铁电体的一种主要手段。通过电滞回线的测量可以获得 铁电体的自发极化强度s P ， 剩场极化强度r P ，矫顽场C E 及铁电耗损等重要参数，如图1所示。该图是典型的电滞回线。 当外电场施加于晶体时，极化强度方向与电场方向平行的电 畴变大，而与之反平行方向的电畴则变小。随着外电场的 增加，极化强度P 开始沿图1中OA 段变化，电场继续增 大，P 逐渐饱和，如图中的BC 段所示，此时晶体已成为单畴。将BC 段外推至电场0=E 实验名称： 用示波器观测铁磁材料的动态磁滞回线 姓 名 学 号 班 级 桌 号 教 室 基础教学楼1101 实验日期 2016年 月 日 节 一、实验目的： 1、掌握磁滞、磁滞回线、磁化曲线、基本磁化曲线、矫顽力、剩磁、和磁导率的的概念。 2、学会用示波法测绘基本磁化曲线和动态磁滞回线。 3、根据磁滞回线测定铁磁材料在某一频率下的饱和磁感应强度Bs 、剩磁Br 和矫顽力Hc 的数值。 4、研究磁滞回线形状与频率的关系；并比较不同材料磁滞回线形状。 二、实验仪器 1. 双踪示波器 2. DH4516C 型磁滞回线测量仪 图3基本磁化曲线 （二）利用示波器观测铁磁材料动态磁滞回线测量原理 、示波器显示B—H曲线原理线路 由上述磁滞现象可知，要观测磁介质磁滞现象及相应的物理量，需要根据磁化过程测定 图4 磁滞回线的测量原理图 图4是利用示波器观测铁磁材料动态磁滞回线测量装置原理图：首先将待测的铁磁物质制 成一个环形样品，在样品上绕有原线圈即励磁线圈N1匝，由它提供磁化场；在样品上再绕副线圈即测量线圈N2匝，由它来跟踪测量与磁化场有一一对应关系的样品的磁感应强度；由示波器来定量显示磁化过程。 如图4，设L为环形样品的平均磁路长度，若在线圈N1中通过励磁电流I1时，此电流在样品内产生磁场，磁场强度H的大小根据安培环路定律: ， 即：I1 R1两端电压U1为： U1= I1 R1= H (1) 由（1）式可知，若将电压U1输入示波器 X偏转板时，示波器上任一时刻电子束在X轴的偏转正比于磁场强度H。 为了追踪测量样品内的磁感应强度B,在截面面积为S的样品中缠绕副线圈N2，B可通过副线圈N2中由于磁通量变化而产生的感应电动势ε来测定。根据电磁感应定律： 即：ε=-) B=- 为了获得与B相关联的电压数值（因示波器只接收电压），在副线圈上串联一个电阻R2与电容C，电阻R2与电容C构成一个积分电路，此时ε=iR2+U c(i为感生电流，U c为积分电容两端电压)，适当选择R2与电容C，使R2则电容两端的电压Uc为： Uc= (2) 本实验中的铁电性能测试采用美国Radiant Technology 公司生产的RT Premier Ⅱ型标准铁电测试仪。该仪器采用 Radiant Technologies 公司开发的虚地模式，如图5所示。待测的样品一个电极接仪器的驱动电压端(Drive)，另一个电极接仪器的数据采集端(Return)。Return 端与集成运算放大器的一个输入端相连，集成运算放大器的另一个输入端接地。集成运算放大器的特点是输入端的电流几乎为0，并且两个输入端的电位差几乎为0，因此，相当于Return 端接地，称为虚地。样品极化的改变造成电极上电荷的变化，形成电流。流过待测样品的电流不能进入集成运算放大器，而是全部流过横跨集成运算放大器输入输出两端的放大电阻。电流经过放大、积分就还原成样品表面的电荷，而单位面积上的电荷即是极化。这一虚地模式可以消除Sawyer –Tower 方法中感应电容产生的逆电压和测试电路中的寄生电容对测试信号的影响。 图5 Premier Ⅱ铁电测试仪虚地模式电路示意 图 电滞回线（Hysteresis loop ）的测量 图6是测量电滞回线所用的三角波测试脉冲。第一个负脉冲为预极化脉冲，它只是将待测样品极化到负剩余极化( P r )的状态，并不记录数据。间隔1s 后， 图4 Sawyer –Tower 电路 Integ Voltag e Return Transimpeda Device Parasitic Dri 施加一个三角波来测试记录数据，整个三角波实际是由一系列的小电压台阶构成的，每隔一定时间（Voltage step delay ），测试电压上升一定值（Voltage step size ），然后测试一次，并通过积分样品上感应的电流可以算出电极表面的电荷，除以电极面积即可得到此电压下的剩余极化强度值。 【实验内容及步骤】 主要通过操作铁电测试仪控制软件Vision ，测量铁电材料的电滞回线并从回线上得出剩余极化强度P r ，自发极化强度P s ，以及矫顽场E c 。调整测试电压强度和频率，得到不同电压强度，不同频率下的电滞回线，研究剩余极化强度P r ，和矫顽场E c 随电压强度和频率的变化关系。 1、启动铁电测试仪，运行铁电测试软件Vision 。 2、将信号输入端（Drive ）和接收端（return ）通过导线连接到待测铁电材料的上下电极。 3、运行电滞回线测量程序，设定测试电压强度和频率等参数进行测试。如图7所示。 图6 电滞回线测试脉 动态磁滞回线的测量实验报告 实验目的：测量动态磁滞回线 实验器材： 1. 变压器 2. 电流表 3. 电压表 4. 磁场计 5. 电源 6. 载流线圈 7. 铁芯 实验原理：当铁芯中通过交变电流时，会在铁芯中形成一个交变磁场。磁场的大小和方向会随着电流的变化而发生变化，从而导致铁芯中的磁化程度发生变化。磁化程度的变化也会在铁芯上产生一个磁场。 实验步骤： 1. 将变压器连接到电源上，并保证电源的稳定。 2. 将电流表和电压表分别连接到变压器的输出端，测量电流和电压的数值。 3. 将磁场计连接到铁芯上的一个侧面，并将另一侧面放置在载流线圈中。 4. 开始测量，通过调整电流的大小和方向来改变铁芯中的电流磁场。 5. 同时通过磁场计来测量铁芯中的磁场的变化情况。 实验结果： 根据测量所得的数据，绘制出动态磁滞回线的曲线。根据曲线可以分析出铁芯的磁滞性能。 实验讨论及结论： 根据实验结果，我们可以分析铁芯的磁滞性能。磁滞回线的形状和大小可以反映出铁芯中的磁化程度和磁化的稳定性。通过分析磁滞回线，可以得出铁芯的磁导率、矫顽力等参数。 实验的不确定性：由于实验中存在测量误差，可能导致实验结果与实际情况存在一定的差异。为了减小测量误差，可以多次进行实验并取平均值，或者采用更精确的测量设备。 改进措施：在实验中，可以尝试使用更精确的设备，如数字电流表、数字电压表和高精度磁场计，以提高测量的精确度。 实验的应用：动态磁滞回线的测量可以应用于磁性材料的性能评估、电力设备的设计以及电磁场的模拟等领域。 实验的总结：通过本次实验，我们成功地测量了动态磁滞回线，并对铁芯的磁滞性能进行了分析。实验结果对于磁性材料的研究和应用具有重要的意义。同时，在实验过程中我们也发现了一些可以改进的地方，以提高测量结果的精确度。整个实验过程进行顺利，实验目标得到了实现。高压铁电体电滞回线测量实验报告
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