弛豫型铁电体序列
1. 引言
弛豫型铁电体是一类具有特殊结构和性质的材料，其序列性质对其电子、光学和力学性质产生显著影响。在本文中，我们将对弛豫型铁电体序列进行全面、详细、完整且深入地探讨。我们将首先介绍弛豫型铁电体的基本概念和性质，然后探讨不同序列对其性质的影响，最后讨论其在材料科学与应用中的潜在应用。
2. 弛豫型铁电体的基本概念和性质
2.1 弛豫型铁电体的定义
弛豫型铁电体是一种具有铁电性质的材料，其铁电性质可以通过施加电场来改变其晶格结构和电子分布。弛豫型铁电体具有独特的电子极化状态和晶体结构，因此具有特殊的电学、光学和力学性质。
2.2 弛豫型铁电体的常见特征
•铁电畴结构：弛豫型铁电体具有多个铁电畴，每个畴都有一定的电子极化方向。畴壁是不同电子极化方向的分界面，在应力和电场的作用下可以发生畴壁移动。
•铁电相变：弛豫型铁电体在一定温度范围内表现出铁电相和非铁电相之间的相变现象。相变可以通过改变温度或外加电场实现。
•铁电畴重构：在相变过程中，弛豫型铁电体的畴壁会发生畴重构，导致电子极化方向的重排和畴尺寸的改变。
3. 不同序列对弛豫型铁电体性质的影响
3.1 序列对铁电畴的尺寸和形态的影响
不同序列对弛豫型铁电体的畴尺寸和形态有显著影响。一些序列可以促进畴壁的移动和畴重构过程，从而改变铁电体的电子极化方向和畴尺寸。而其他序列可能导致畴壁的固定或畴壁移动的困难，对铁电体性质的改变不显著。
3.2 序列对铁电相变的影响
序列对弛豫型铁电体的相变温度和相变性质有重要影响。一些序列可以降低或提高铁电相变的温度，使其适用于不同应用领域。同时，序列对相变起始温度和相变温度范围的控制也具有重要意义。
3.3 序列对铁电畴重构的影响
序列对弛豫型铁电体的畴壁移动和畴重构过程起到重要的控制作用。一些序列可以促进畴壁的移动和畴重构，增强铁电体的电子极化性和力学性能。而其他序列可能导致畴壁的固定或畴尺寸的不稳定，从而限制了铁电体性能的优化。
4. 弛豫型铁电体序列的应用前景
弛豫型铁电体序列具有广泛的应用前景，特别是在电子器件、传感器和储能领域。序列的调控可以优化铁电体的电子极化性能，提高传感器的灵敏度和稳定性。此外，序列的设计也可以使铁电体在储能设备中具有更高的能量密度和更长的循环寿命。
5. 结论
弛豫型铁电体序列对其电子、光学和力学性质具有显著影响。不同序列可以调控铁电体的畴尺寸和形态，影响其相变和畴重构过程。通过对序列的优化设计，可以实现弛豫型铁电体在电子器件、传感器和储能等领域的广泛应用。未来的研究应重点关注序列对弛豫型铁电体性质的影响机制，并进一步探索其在其他领域中的应用潜力。
文献综述 应用化学 PIMNT单晶生长用多晶料的固相合成 一、研究背景 压电材料是一类基于压电效应的重要功能材料，主要有压电晶体与压电陶瓷两大类。压电陶瓷以其工艺成熟、性能参数可调、价格低廉等诸多优势，广泛应用于压电变压器、压电原件、压电滤波器等领域。经过几十年的发展，以锆钛酸铅（PZT）陶瓷为主体的压电陶瓷已在压电材料领域占据了主导地位。通过掺杂和传统工艺制备的PZT基陶瓷，其发展以接近极限，很难再提高其性能。 九十年代后期以来，日、美科学家首先发现弛豫铁电单晶铌锌酸铅-钛酸铅（PZNT）和铌镁酸铅-钛酸铅（PMNT），准同型相界成分的PZNT、PMNT具有非常高的压电常数，跟传统的压电材料PZT铁电陶瓷相比，其压电常数d 33 、机电耦 合系数K 33 从600 pC/N和70%左右分别提高到2000pC/N和90%，且其应变量高达1%以上，比通常应变为0.1%左右的压电材料高1个数量级。 驰豫铁电体是指具有弥散性-顺电相变的一类特殊铁电体，主要有钙钛矿和 钨青铜矿2大类。钙钛矿结构可用化学式A(B′B″)O 3 表示，其中A原子通常是Pb，B原子有2种占位，B′为Mg，Zn，Fe，Sc，Ni，In等，而B″为Nb，Tb 或W。1961年苏联科学家在Pb(Mg 1/3Nb 2/3 )O 3 (PMN) 单晶中首次观察到了驰豫行为。 1969年Nomura等人报道了在驰豫铁电体Pb(Zn 1/3Nb 2/3 )O 3 (PZN)与普通铁电体 PbTiO 3 （PT）形成的赝二元固溶体中存在准同型相界（morphotropic phase boundary, MPB）。在准同型相界附近，驰豫铁电体具有较大的压电系数和较高的机电耦合系数。例如，PZN是典型的驰豫铁电体，其弥散相变温度在140o C，PT 是普通铁电体，其居里温度为490o C；这2种铁电体成分在一定范围内可以形成 完全互溶的固溶体，可用(1-x)Pb(Zn 1/3Nb 2/3 )O 3 -x PbTiO 3 表示，其准同型相界成 分在x = 0.09附近，相应的机电耦合系数可高达94%，也就是说此材料制作的换能器，理论上其机械能转换为电能的效率可高达94%。由于此类弛豫铁电单晶材料的优异性能，使其在医学超声成像、声纳技术、工业无损探伤等声电转换技术领域具有广阔应用前景。 二、国内外研究现状
铁电体 铁电体是指可以产生自发极化并且自发极化可以随外电场的变化而发生转向的电介质材料,铁电体包含于压电体，压电体是指能够产生压电效应及逆压电效应的电介质材料，晶体具有压电性的前提是点群结构是非中心对称的。结构中心对称的晶体发生形变后，其正电荷和负电荷中心仍然重合，不具备产生压电效应及逆压电效应的条件。因为正负离子产生相互位移的结果是相互抵消的，所以只有不具备中心对称结构的晶体才具有压电效应可以成为压电晶体，但并不是具有压电效应的点群结构都可以产生自发极化强度，因为很多晶体的压电效应都是在某个特定方向产生的，说明该晶体的点群结构只在某个特定方向上非中心对称。这就是说所有铁电体都是压电体，但压电体不一定是铁电体，比如石英，四硼酸锂等著名的压电体都不是铁电体[12]。 图1-2 电介质晶体分类 在晶体学的32种点群中，有21种点群是非中心对称的，它们分别是1、2、m、222、2m m、4、4、422、4m m、3、32、422、3m、6、6、622、6m m、6m2、23、43m、432。在这21种点群中，属于432点群的晶体至今未发现压电效应，这可能是由于432点群具有很高的轴对称性造成的，在这21种非中心对称的点群中有10种点群的晶体可能具有自发极化，它们是1、2、m、m m2、4、4m m、3、3m、6、6m m，并且在这10种点群晶体中自发极化还会随着温度的变化而发生改变，如果热胀冷缩效应足够大，那么温度的变化会导致应变的产生，这就是热释电效应，所以铁电体一定是属于可以产生自发极化的这10个点群范围内的[13]，图1-2中给出了几种晶体之间的关系。 铁电体的本质特性是可以产生自发极化，自发极化的产生是由于晶胞内部正负电荷中心不重叠而形成电偶极矩的体现，铁电体呈现自发极化状态，在其正负端面分别出现一层符号相反的束缚电荷使其净电压发生变化。当铁电体受到机械束缚或外界条件发生变化时自发极化状态也将发生变化，所以自发极化的状态是不稳定的，也不是一致有序的。在铁电体的研究理论中就将铁电体内部分为许多小区域，每个小区域内的自发极化具有相同的方向，不同小区域内自发极化的方
10.1 从生长过程来看薄膜生长有哪些类型？各种类型的特点是什么？ 答：薄膜的形成从生长过程来看，主要分为三类：核生长型（Volmer-Weber），层生长型（Frank-van ber Merwe）以及层核生长型（Straski-Krastanov）。各种类型的特点如下：（1）核生长型的过程特点是，原子到达基片上后首先发生凝聚成为核，后续到达的原子聚集在核附近并不断成长，最后形成薄膜。一般大部分的薄膜形成过程都属于此类型。 （2）层生长型的特点是,蒸发原子首先在基底表面以单原子层的形式均匀地覆盖一层，然后再在三维方向上生长第二层、第三层……。这种生长方式发生在基底原子与蒸发原子间的结合能接近于蒸发原子间的结合能的情况下。如在Au单晶基片上生长Pd，在PbS单晶基片上生长PbSe，在Fe单晶基片上生长Cu薄膜等，最典型的例子则是同质外延生长及分子束外延。 （3）层核生长型的过程特点是，在基体和薄膜原子相互作用特别强的情况下，才容易出现层核生长型。首先在基片表面生长1~2层单原子层，这种二维结构强烈地受基片晶格的影响，晶格常数有较大的畸变。然后再在这个原子层上吸附入射原子，并以核生长的方式生成小岛，最终形成薄膜。在半导体表面上形成金属薄膜时，常常是层核生长型，如在Ge的表面蒸发Cd，在Si的表面蒸发Bi、Ag等都属于这种类型。 10.4 什么是薄膜的尺寸效应，都有哪些类型的尺寸效应？ 答：与块体材料相比，薄膜是二维平面的材料，因此其几何尺寸对薄膜的性能将会产生影响，这种效应称为薄膜的尺寸效应。主要的尺寸效应类型有：①熔点降低；②干涉效应；③表面散射；④表面能级；⑤量子尺寸效应等。 9.2 聚合物的高弹性黏弹性 8.2试述径向分布函数（RDF）的定义及特点。 答：在许多原子组成的系统中任取一个原子为球心，求半径为r到r＋dr的球壳的平均 原子数；再将分别以系统中每个原子取作球心时所得的结果进行平均，用函数 2 4() r r dr πρ 表示，则 2 4() r r πρ称为原子分布的径向分布函数，记为RDF。径向分布函数表示多原子系 统中距离任何一个原子为r处，原子分布状态的平均图像，即给出任何一个原子周围，其他原子在空间沿径向的统计平均分布。具有统计意义。 8.3说明无规则网络结构模型和微晶结构模型的异同。 答：无规则网络学说要点为：(1)形成玻璃态的物质与相应的晶体类似，形成相似的三维空间网络。(2)这种网络是由离子多面体通过桥氧相连，向三维空间无规律的发展而构筑起来的。(3)氧化物要形成玻璃必须具备四个条件。
铁电性 吴超 131120120 物理学 【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相对位移，使电荷正负重心不重合，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，每个小区域内部电偶极子沿同一方向，但各个小区域电偶极子方向不同，这些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构型。 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、了解铁薄膜材料的功能和应用前景。 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(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。
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/8319188447.html, 无铅压电陶瓷材料的研究现状 作者：吴思华王平付鹏 来源：《佛山陶瓷》2008年第02期 摘要本文综述了近年来国内外无铅压电陶瓷材料方面的研究进展，重点介绍了钛酸钡 基、铋层状结构、钛酸铋钠基、碱金属铌酸盐系以及钨青铜结构无铅压电陶瓷体系的研究现状，并对无铅压电陶瓷的发展作了展望。 关键词无铅压电陶瓷，铋层状结构，钛酸铋钠基，钨青铜结构 1引言 随着社会可持续发展战略的实施和人们环保意识的增强，无铅压电陶瓷材料的研究和应用更日益引起人们的关注。压电陶瓷被广泛应用于通信、家电、航空、探测和计算机等诸多领域，是最重要的电子材料之一，然而，目前使用的压电陶瓷材料仍是含铅的，其中铅基压电陶瓷中氧化铅约占原材料总量的70%，由于氧化铅是一种易挥发的有毒物质，在生产过程中，氧化铅粉尘以及高温合成或烧结过程中挥发出来的氧化铅极易造成环境污染，在使用和废弃后的处理过程中也会给人类及生态环境造成严重危害。于是近年来，为了保护人类及生态环境，许多国家都在酝酿立法禁止使用含铅的压电陶瓷材料，因此，开发无铅基的环境协调性（绿色）压电陶瓷材料是一项紧迫而具有重要科学意义的课题。 近年来，国内外研究的无铅压电陶瓷体系主要有：钛酸钡基、铋层状结构、钛酸铋钠基、碱金属铌酸盐系及钨青铜结构无铅压电陶瓷。 2钛酸钡基无铅压电陶瓷 钛酸钡（BaTiO3）是最早发现的典型无铅压电材料，其居里温度较低，工作温度范围较窄，压电性能属于中等水平，难以通过掺杂改性来大幅度改善其压电性能,且在室温附近存在 相变，所以其在压电方面的应用受到限制。目前，BaTiO3基无铅压电陶瓷体系主要有：（1）（1-x）BaTiO3-xABO3(A=Ba、Ca等；B=Zr、Sn、Hf、Ce等)； （2） (1-x）BaTiO3-xA′B′O3（A′=K、Na等；B′=Nb、Ta等）；
材料的铁电性能综述 摘要： 回顾了铁电现象的发现及发展，简述了铁电性的机理，描述了铁电材料应用现状与前景，并介绍了几类前景很好的铁电材料。指出目前对于铁电性的还需要进行更多的和更深入全面的研究。 关键词：铁电性，电畴，铁电薄膜，存储器 前言： 铁电材料，是指具有铁电效应的一类材料，它是热释电材料的一个分支。铁电材料及其应用研究已成为凝聚态物理、固体电子学领域最热门的研究课题之一。铁电材料是一类重要的功能材料，是近年来高新技术研究的前沿和热点之一。 在一些电介质晶体中，晶胞的结构使正负电荷重心不重合而出现电偶极矩，产生不等于零的电极化强度，使晶体具有自发极化，晶体的这种性质叫铁电性（ferroelectricity）。 铁电性： 铁电性是某些绝缘体材料中在外加电场的作用下自发极化可以被反转的特性。多数材料的极化是与外加电场线性成正比的，非线性效应是不显著的。这种极化叫做电介质极化。有些称作顺电体的材料，线性的极化效应更加显著。于是与极化曲线斜率相对应的介电常数是以一个外加电场的函数。除了非线性效应以外，铁电材料中还存在自发极化。这种材料称作焦电材料。铁电材料与其不同之处在于它的自发极化可以在外加电场作用下被反转，产生一个电滞归线。一般来说，材料的铁电性只存在于某一相变温度以下，称为居里温度。在这个温度以上，材料变为顺电体。 铁磁体中的原子有固定的磁偶极矩，这些磁矩自发排列起来。自发排列的原因是固体中电子的量子力学效应。铁磁体的居里温度指向顺磁体转变的温度，同理对铁电体，指材料不再是铁电体的温度。对于一块未极化铁电晶体，电畴随机
排列，净极化强度为零。当外加一个电场时，电畴同时向电场方向转动，当电场足够强时，全部电畴沿电场方向排列一致，这时晶体变成一个大电畴，处于极化饱和状态。当扭转电场时，极化反转但不回零，晶体获得一个剩余极化强度PR，当电场被扭转到矫顽场Ec时，剩余极化强度被去除。铁电相是一个相当严格的状态，大多数材料都是顺电状态，顺电相指即使没有固有电偶极子，电场也可诱发极化。而铁电体是有极性的，他们因为晶胞的原子排列而拥有一个固有电偶极矩。晶体有32个群，其中，21种是非中心对称的。在他们之中，20中是压电体，即压力诱发极化。而在这20种之中只有10种在无压力下是有极性的，即热释电体，温度变化导致热膨胀，热膨胀导致极化强度变化。最后，在这当中，当极化强度还可以被电场重新定向时，晶体才是铁电体。 铁电相转变是一种结构变化，它反映出晶体保持自发极化的能力，并由晶体惯用元胞中的离子相对位移引起。铁电相变发生在温度ＴＣ，这与铁磁体的居里温度相似。在具体点以上，晶体通常是中心对称的顺电相，居里点以下就不是顺电系相了，而表现出铁电行为。在铁电相，晶体中至少有一组离子处在双势阱中，两个位置能量相等。在ＴＣ以上，粒子在双势阱中有足够的动能前后振动并越过分隔势阱的势垒，所以原子时间上的平均位置在势阱的中间。 电畴和铁电极化，铁电行为是由在铁电相时至少有一组离子拥有双势阱引起的。在一个局部区域内，所有离子均位于势阱的同一侧，这个局部区域叫作电畴。如果铁电相变在一个理想晶体中随着温度的一个极小下降而发生（保证整个晶体的热力学平衡）晶体被单畴化。晶体中所有离子热力学耦合并处于双势阱的同一侧，位于任一侧的几率相等。在真实的情况中，晶体中足够远的不同区域独立地形成电畴，而且反向不同。 在公式 公式涉及电位移矢量，电场强度和极化强度，其中既包括外场引起极化，还包括固有极化。 自由电荷满足泊松方程，，所以 在一个理想的铁电晶体中，，这和普通电介质一样。对于一个真实的晶体，在晶体表面为0，和大块晶体在缺陷处测得的值不同。
不同热处理工艺和极化PMNPT铁电晶开题报告 1毕业设计（论文）综述 1.1研究背景 PMN-PT它是一种新型驰豫型铁电体，由于具有优越的压电性备受关注。PMN-PT光电透明陶瓷属于钙钛矿型多晶结构，可以用ABO3 表示:(1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3(PMN-PT)。其中A位为Pb元素，B位为Mg、Nb和Ti元素。为了达到最佳的透光效果和电光系数，某些元素如Ba或La被加入到PMN-PT中，部分取代A位的Pb元素。PMN-PT材料成分分布被分为3个主要区域：二次方区、存储区和线 性区。光电材料的成分主要分布在二次方区域，且二次方区域的x取值为0.1～0.35。PMN—PT是具有各向同性的最小能量稳定结构和易 被扭曲的电场。在外电场作用下，所有的畴都倾向于外电场排列，即发生极化，光就会产生双折射，从而表现出很强的电光效应。 没有外加电场作用下的晶体，正电荷和负电荷的重心是不重合的，呈现出了电偶极矩现象。晶体内部会自发极化。可以发生自发极化，且方向能够因外施电场方向的反向而反向的晶体，称为铁电晶体。、这种性质称之为铁电性。具有铁电性的晶体称为铁电体若晶体产生自发极化那么晶体两侧就会在自发极化所对应的方向上表现出不同的 极性，两端分别附着一层束缚电荷，且电荷异号，从而产生电场，但是电场在晶体内部的方向与极化的方向相反，称电场为退极 化场，随之升高的还有静电能。当受到机械的约束时，将增加自发极化所产生的应变能，因此晶体的状态在极化均勻的情况下是不稳定存
在的。在施加交变电场的情况下，铁电体的极化强度与场强有一定的关系，显示的曲线称电滞回线，如图1.1所示。 图1.1铁电体的电滞回线 电滞回线的产生是由于铁电晶体中存在铁电畴。当给铁电体施 加外电场的条件下，与电场方向相同的电畴会形成新的畴核，畴壁会相应的开始运动，使得电畴的体积会快速的增大，而与电场方向相反的电畴则会消失。矫顽电场的强度与温度以及频率都有很大的关系，通常随着温度的增加而下降， 随着频率的增加而增大。在早期，判断铁电体是否具有铁电性 的依据是是否有电滞回线，但是现如今相对于铁电体来说，电滞回线己经不是判断铁电性的唯一依据了。因为测量方法并不能准确的判断出，电滞回线确实是由铁电性所引起的。 普通铁电体与豫铁电体存在着很大的区别区别。豫铁电体比较 明显的特性主要是：（弥散相变，即顺电相与铁电相之间的转变是逐渐变化的，而不是突然从一个相转变为另一个相，这种相变可以由介电温谱观测到，介电峰如果不是很尖锐而是很圆滑，就说明相变是弥散的。频率色散，在介电温谱的测试中，随着频率的增加，介电峰和损耗峰从低温一侧略微向高温一侧移动，介电峰随频率的增加而降低，损耗峰随频率的增加而增加。PMN-PT的介电特性曲线如图1.2所示。 （a）介电常数-温度普线（b）介电损耗-温度普线 图1.2弛豫铁电体PMN-PT和普通铁电体BaTiO3的介电特性曲 线
多元系（1-x）PZT-x（0.2PFN-0.2PZN-0.6PNN）铁电陶 瓷的微结构和性能 柳听前;林啸;周志东;程璇;张颖 【摘要】A series of ferroelectric ceramics with variable compositions of （1-x）PZT-x（0.2PFN-0.2PZN-0.6PNN）（x=0.1,0.2,0.3,0.4 and 0.5） were prepared by the precursor method.The proveskite structure and ferroelectric domains were studied by X-ray diffraction（XRD） and transmission electron microscopy（TEM）,respectively.The morphotropic phase boundary was determined and the relations among electric property,composition and microstructure were briefly discussed.It was found from XRD data that with an increase of x value the crystal structures transformed from tetragonal to rhombohedral phase.The transformations from herringbone-like domain patterns with parallel stripes to small relaxor ferroelectric domains,observed by TEM,significantly influenced the electric properties.The Curie temperature decreased apparently with the increase of x values according to the temperature-dependent relative permittivity measurements.The typical feature of relaxor ferroelectrics was observed at x≥0.3 with the maximum dielectric constants of 3050 at x=0.3.At x=0.2 the ceramics exhibited excellent dielectric,piezoelectric and ferroelectric properties： the maximal piezoelectric coefficient reached 485pC/N with the maximal remna nt polarization being 37μC/cm2.The maximal relative dielectric constant of 22000 was achieved at Curie temperature.The morphotropic phase boundary was determined to be
浅谈弛豫铁电体的研究状况及进展 摘要:铁电材料具有良好的铁电性、压电性、热释电以及非线性光学等特性，特别是驰豫铁电体是近20年发展起来的国际高新技术材料。本文主要介绍了驰豫铁电体的介电特征和理论模型,总结概括了BaTiO3基复合钙钛矿型驰豫铁电体的研究和铁电体的研究新进展。 关键词：铁电材料驰豫铁电体 中图分类号: 一、弛豫铁电体的介电特征 铁电体是一类特殊的电介质，其介电常数的特点是数值大、非线性效应强、有着显著的温度依赖性和频率依赖性。但是由于其结构的原因，很多铁电体的居里温度偏高，使其介电常数在较高温度时才有最大值，而在室温下介电常数远小于居里点的介电常数,从而大大限制了其使用性能。因此必须改变铁电体的结构使其居里温度降低、介电常数增大、适用的温度范围变宽，由此提出了弛豫铁电体(RFE)的概念。1955年G. I. Skanavi首先在钛酸锶铋（SBT）铁电体中发现一个明显的弥散区域，而后G。 A. Smolenkii等又发现了一大类以铌镁酸铅(Pb （Mg1/3Nb2/3）O3，PMN）为代表的复合钙钛矿型化合物，它们既有明显的铁电性,又呈现出强烈的弛豫特性.这类材料便被称为扩散相变型铁电体(DPT）或弛豫型铁电体(RFE)。严格来说，把具有以下介电特征的铁电体称为弛豫铁电体［1，2］：一是相变弥散,即铁电到顺电相变是一个渐变的过程，没有一个确定的居里温度Tc，表现为介电常数与温度的关系曲线中介电峰的宽化,通常将其介电常数最大值所对应的温度T m作为一个特征温度；二是频率色散现象,即在T m温度以下, 随频率增加，介电常数下降，损耗增加，介电峰和损耗峰向高温方向移动;三是在转变温度T m 以上仍然存在较大的自发极化强度.弛豫铁电体的介电常数和温 度的关系不再符合Curie—Weiss定律。 弛豫铁电体主要有复合钙钛矿型驰豫铁电体，钨青铜型驰豫铁电体和聚合物驰豫铁电体，其中复合钙钛矿型驰豫铁电体是近年来研究得最多的一类.弛豫铁电体具有极高的介电常数、相对低的烧结温度以及由“弥散相变”引起的较低容温变化率，大的电致伸缩系数和几乎无滞后的特点，使其在多层陶瓷电容器（MLCC）和新型电致伸缩器件方面有着巨大的应用前景；透明弛豫铁电体具有优异的电光和开关特性,可用于电光存储、开关和记忆元件。 二、弛豫铁电体的理论模型 典型的弛豫铁电体材料为PMN、PZT、PZN和PST(Pb（Sc1/2Ta1/2)O3等.针对弛豫铁电体的这些弛豫特性，人们先后提出了一系列的理论模型来解释,这些理
铁电陶瓷材料的研究现状 尤欣欣 （渭南师范学院化学与生命科学学院，08级材料化学1班）摘要：本文论述了几种具有代表性的铁电陶瓷材料的研究现状，以及人们在研究过程中产生的新问题。这几种材料主要包括层状铁电陶瓷，弛豫型铁电陶瓷，含铅型铁电陶瓷，无铅型铁电陶瓷，以及反铁电陶瓷材料。最后，对未来的研究与应用前景进行了展望。 关键词：铁电陶瓷；铁电性；钙钛矿；研究 0前言 铁电陶瓷(ferroelectric ceramics)材料，是指具有铁电效应的一类材料，它是热释电材料的一个分支。铁电陶瓷的主要特性为：(1)在一定温度范围内存在自发极化，当高于某一居里温度时，自发极化消失，铁电相变为顺电相；(2)存在电畴；(3)发生极化状态改变时，其介电常数-温度特性发生显著变化，出现峰值，并服从Curie-Weiss定律；(4)极化强度随外加电场强度而变化，形成电滞回线； (5)介电常数随外加电场呈非线性变化；(6)在电场作用下产生电致伸缩或电致应变。其电性能：高的抗电压强度和介电常数。在一定温度范围内(-55～+85℃)介电常数变化率较小。介电常数或介质的电容量随交流电场或直流电场的变化率小。 铁电陶瓷的特性决定了它的用途。利用其高介电常数，可以制作大容量的电容器、高频用微型电容器、高压电容器、叠层电容器和半导体陶瓷电容器等，电容量可高达0.45μF/cm2。利用其介电常数随外电场呈非线性变化的特性，可以制作介质放大器和相移器等。利用其热释电性，可以制作红外探测器等。利用其压电性可制作各种压电器件。此外，还有一种透明铁电陶瓷，具有电光效应，可用于制造光阀、光调制器、激光防护镜和热电探测器等。 目前，全球铁电元件的年产值己达数百亿美元。铁电材料是一个比较庞大的家族，当前应用的最好的是陶瓷系列，其已广泛应用于军事和工业领域。但是由于铅的有毒性及此类铁电陶瓷材料居里温度低、耐疲劳性能差等原因，应用范围受到了限制。因此开发新一代铁电陶瓷材料己成为凝聚态物理、固体电子学领域最热门的研究课题之一。 为此，本文对层状铁电陶瓷、弛豫型铁电陶瓷、含铅型铁电陶瓷、无铅型铁电陶瓷以及反铁电陶瓷材料的研究现状和应用情况进行了综述，为未来的新型铁电陶瓷的研究提供参考。 1层状铁电陶瓷
弛豫型铁电体序列 弛豫型铁电体是一种拥有电场诱导极化的材料，其具有很多优良特性，如高介电常数、低电阻率以及大电致伸缩等。这种材料被广泛应用于传感器、储能器、电容器和压电器等领域。 在这种材料中，经常会出现一些特殊的序列，这些序列对于材料的性能和应用有着重要的影响。下面我们将对其中的一些序列进行详细介绍。 1. BaTiO3序列 BaTiO3属于一种典型的铁电材料，具有很高的介电常数和电极化强度。该材料的序列可以通过不同的工艺方法来制备，如溶胶-凝胶法、水热法等。这种序列的制备方法和形态对于材料的性能有着很大的影响。此外，BaTiO3序列还可以通过掺杂不同的离子来改变其性质，如掺杂Fe3+、Mn3+等可以提高其铁电性能。 2. Pb(Zr,Ti)O3序列 Pb(Zr,Ti)O3是一种常用的铁电材料，具有很高的铁电极化强度和压电应变常数。该材料的序列可以通过不同的制备方法来获得，如溶胶-凝胶法、热处理法等。在这些制备方法中，关键的步骤是控制材料的晶体结构和形态，以及控制掺杂离子的浓度和比例。
3. BiFeO3序列 BiFeO3是一种铁电多铁材料，具有很高的电极化强度和磁化强度。该材料的序列可以通过不同的制备方法获得，如溶胶-凝胶法、水热法等。此外，BiFeO3序列还可以通过掺杂不同的离子来改变其性质，如掺杂La3+等可以提高其电极化强度和压电应变常数。 4. LiNbO3序列 LiNbO3是一种铁电和非线性光学材料，具有很高的电光系数和光学损耗。该材料的序列可以通过不同的制备方法获得，如溶胶-凝胶法、水热法等。在这些制备方法中，关键的步骤是控制材料的晶体结构和形态，以及控制掺杂离子的浓度和比例。 弛豫型铁电体序列是制备铁电材料的重要组成部分，对于材料性能和应用有着重要的影响。在制备这些序列时，需要控制材料的晶体结构和形态，以及控制掺杂离子的浓度和比例，以获得理想的铁电材料。
新型铁电材料的研究 随着科技的发展，新材料的研究成为了科学领域的一个热门话题，而铁电材料作为一种具有极大潜力的新型材料，在材料科学 研究领域中备受瞩目。铁电材料有着许多优异的性能，如具有独 特的铁电性质、高的介电常数、热稳定性高等，因此在微电子学、信息技术、传感器、储能器件和存储器件等领域有着广泛的应用 前景。本文从铁电材料的定义、种类、性质和应用等方面进行了 较为详细的阐述和分析，旨在对新型铁电材料的研究提供一定的 参考价值。 一、铁电材料的定义 铁电材料是在外电场作用下，具有电偶极矩反转现象，即可以 根据需要发生电偶极矩方向的改变，并可以在无外场存在的情况 下保持偶极矩方向的不变性的一种材料。根据极化形式可以分为 弛豫型铁电材料和不弛豫型铁电材料两种。 二、铁电材料的种类
1.无机铁电材料：主要包括单晶体和多晶体两类。单晶铁电材 料是指在化合物晶格结构中含有二极矩的单晶材料，如铌酸锂、 钛酸锆、钛酸钡等；而多晶铁电材料则是由单晶铁电材料研磨而 成的多晶体材料。 2.有机铁电材料：主要是指含有极性取向分子的高分子材料， 如有机铁电高分子、铁电共轭聚合物等。 3.生物铁电材料：目前已经发现很多生物材料中都含有铁电性，在生物学和医学等领域都有着广泛的应用，如DNA、蛋白质、细 胞膜等。 三、铁电材料的性质 1.铁电性质：铁电材料具有反转电气偶极矩的性质，也就是说 它们可以通过外场的作用改变其电气极性。 2.介电性质：铁电材料具有高的介电常数，在电场作用下能够 增强电场效应，从而实现传感器的应用等。
3.热稳定性：铁电材料具有较高的热稳定性，即在低于转变温度时（铁电材料的铁电相和非极相两种状态之间的温度）材料可以长时间保持一定的电性能，使得铁电材料可以应用于高温环境中。 4.非线性光学性质：铁电材料有着较大的光学非线性系数，是制造第二次谐波发生器、光学开关、激光Q开关等器件的重要材料。 四、铁电材料的应用 1.传感器：铁电材料的介电常数高、温度系数低，因此可以作为传感器的感知材料。常用的铁电传感器有振荡器式、压电传感器和气体传感等。 2.存储器件：铁电随记忆体作为一大类可重写性非挥发存储器件，在新一代存储器领域有着极高的应用价值。
水热法低温合成细晶铌镁酸铅粉 弛豫铁电体陶瓷属于功能陶瓷，低的烧结温度、高介电常数，以及由“弥散相变”引起的较低的容温变化率使其成为新一代多层陶瓷电容器陶瓷的重要候选材料，同时该陶瓷的性能及运用也是国内外研究者十分注目的研究内容。此外，它的电致伸缩系数相对较大及电致应变滞后比较小，这些优异的性能使得它在陶瓷微位移器、制动器和自动化控制等方面也有着开阔的应用前景。铌镁酸铅（PMN）系陶瓷属于复合钙钛矿结构的驰豫铁电体陶瓷，它具有很高的介电常数、压电系数、热释电系数、高电致伸缩系数以及相对较低的烧结温度。PMN 主要用于制备各种压电陶瓷、电容器陶瓷及性能不同的电致伸缩陶瓷等。 但是在PMN基陶瓷的制作过程中，除了生成钙钛矿主晶相以外，往往还会存在着大量对其性能有害的焦绿石相。焦绿石相与主晶相共存，严重降低了PMN的介电性，阻碍了材料性能的充分利用与提高。PMN的烧结温度为900℃，而焦绿石的烧结温度为1200 ℃，二者一起在低温下烧结时会导致其介电损耗较大，使烧成的PMN基陶瓷介电性降低。自上个世纪七十年代起人们就在PMN材料及PMN基陶瓷材料的制备烧结过程中对焦绿石相产生的因素和消除的办法开展了深入的研究。传统PMN材料的主要制备方法有：固相合成技术、二次预合成技术、两步合成法、高温熔盐、溶胶-凝胶、化学法和高能球磨等。但这些工艺或多或少存在一些需要改善的地方，有的反应温度高，有的需要长的时间，有的需要的原材料比较贵，有的难以获得纯的钙钛矿相等，所以，找到一种低温合成纯的PMN粉特别是细晶的方法一直是PMN材料制备的热点和难点。本文以PbO，MgO，Nb2O5为原料，按化学计量比Pb：Mg：Nb=3：2：1加入高压反应釜，并加入KOH作为矿化剂，在不同的反应温度和不同浓度KOH下得到的纯的晶粒细小的PMN粉末。
铁电物理学LT
述,当电场强度不太大而温度不太低时,，k是玻耳兹曼常数，T是热力学温度。这种极化同温度的关系密切。④界面极化，由于电介质组分的不均匀性以及其他不完整性，例如杂质、缺陷的存在等，电介质中少量自由电荷停留在俘获中心或介质不均匀的分界面上而不能相互中和，形成空间电荷层，从而改变空间的电场。从效果上相当于增强电介质的介电性能。电介质的极化是这四种极化机制的宏观总效果。 1.2 克劳修斯－莫索提公式 在介质内部，作用于分子或原子的电场不单是外加的宏观电场E(自由电荷和极化电荷产生的总电场），还应包括电介质内部所有其他分子的电矩p产生的电场。作用于分子或原子的这种电场叫做有效场(或局部场)。对于偶极子的无规排列或对于纯立方阵排列晶体,有效电场,P为电极化强度，称为洛伦兹有效场。由此可得出关于电介质相对介电常数εr与分子极化率α的克劳修斯-莫索提公式，式中N为单位体积内的分子数。对于非极性分子的电介质,这一公式与实验符合得相当好,但它不能说明强极性分子的行为。实验上可根据测定的εr由此式确定极化率α，对于弱极性电介质,可由它确定极性分子的电偶极矩。 1.3 极化弛豫 电介质的极化是一个弛豫过程，从施加电场到达极化平衡需要一定的时间，这个滞后的时间用弛豫时间τ描述。电子极化和离子极化的时间非常短，而固有电矩的取向极化与热平衡性质有关，界面极化与电荷的堆积过程有关，它们则有较长的弛豫时间。极化弛豫现象造成电介质内部电位移D和场强E具有一定的位相差，是引起电介质损耗的一个原因，研究极化弛豫可获得关于物质结构的知识。 1.4 自发极化 普通的电介质当场强不太大时,P同E成正比关系，场强回到零时，极化也为零。然而也存在一些电介质在一定的温度下，当外电场撤离后仍有一定的极化，称为自发极化。自发极化不能被外电场反转的电介质称为热电体，自发极
铁电物理学
目录 摘要 0 1 电介质的极化 0 1.1 电介质的极化机制 0 1.2 克劳修斯－莫索提公式.................. 错误!未定义书签。 1.3 极化弛豫 ............................. 错误!未定义书签。 1.4 自发极化 ............................. 错误!未定义书签。 1.5 极化灾变 ............................. 错误!未定义书签。 2 铁电材料........................................ 错误!未定义书签。 2.1 概述 ................................... 错误!未定义书签。 2.2 基本性质 (1) 2.3 研究进展 (2) 3 铁电性 (4) 3.1 自发极化 (5) 3.2 电畴 (5) 3.3 电滞回线 (6) 3.4 铁电体的介电常数 (7) 3.5 压电性 (8) 3.6 晶体结构和铁电体的分类 (9) 3.7铁电相变 (9) 3.8 反铁电性 (10) 3.9 铁电性的应用 (12)
浅谈铁电性 [摘要] 本文主要由三个部分组成。第一个部分主要阐述了电介质的极化，其中包括了电介质的极化机制、克劳修斯－莫索提公式、极化弛豫和极化灾变等方面。第二个部分主要介绍铁电材料。最后一个部分对铁电性进行论述，其中包括自发极化、电畴、电滞回线、铁电体的介电常数、压电性和晶体结构和铁电体的分类等方面。 1 电介质的极化 外电场作用下，电介质显示电性的现象。在电场的影响下，物质中含有可移动宏观距离的电荷叫做自由电荷；如果电荷被紧密地束缚在局域位置上，不能作宏观距离移动，只能在原子范围内活动，这种电荷叫做束缚电荷。理想的绝缘介质内部没有自由电荷，实际的电介质内部总是存在少量自由电荷，它们是造成电介质漏电的原因。 一般情形下，未经电场作用的电介质内部的正负束缚电荷平均说来处处抵消，宏观上并不显示电性。在外电场的作用下，束缚电荷的局部移动导致宏观上显示出电性,在电介质的表面和内部不均匀的地方出现电荷,这种现象称为极化，出现的电荷称为极化电荷。这些极化电荷改变原来的电场。充满电介质的电容器比真空电容器的电容大就是由于电介质的极化作用。 1.1 电介质的极化机制 ①电子极化，是在电场作用下原子核与负电子云之间相对位移，它们的等效中心不再重合而分开一定的距离l形成电偶极矩p e＝el(l由负电中心指向正电中心,e是电荷量,见电偶极子)。当电场不太强时,电偶极矩p e同有效电场成正比,p e=αe E ,式中αe称为电子极化率。②离子极化又称为原子极化，是在正负离子组成的物质中异极性离子沿电场向相反方向位移形成电偶极矩p a。p a与有效电场成正比,p a=αa E，αa称为离子极化率，这两种极化都同温度无关。③固有电矩的取向极化，某些电介质分子由于结构上的不对称性而具有固有电矩p。在无外电场时，由于热运动,这些分子的取向完全是无规的，电介质在宏观上不显示电性。在外电场的作用下，每个分子的电矩受到电场的力矩作用,趋于同外场平行,即趋于有序化；另一方面热运动使电矩趋于无序化。在一定的温度和一定的外电场下，两者达到平衡。固有电矩的取向极化也可以引入取向极化率αd描
陶瓷: 传统“由粘土或主要含粘土（长石、石英）的混合物，经成形、干燥、烧结而成的制品”。美定义“在高温下形成及使用的无机非金属材料”现“用粘土以外的其他原料，依陶瓷制造的工艺方法制成的制品” 瓷器：用高黏土经过成型、干燥、烧结，烧结采用高温（1200度以上）并在制品上上釉的制品叫瓷器。 陶瓷的基本发展阶段（陶器—瓷器—现代先进陶瓷——纳米陶瓷）： 1、陶器阶段：用黏土制成毛坯，经过高温(~1000 °C) 烧结而成，是原始人类制成的最重要的物品之一 2、瓷器阶段：发明了釉、发现并使用高铝质瓷土、高温技术的发展（>1200 °C ） 3、现代先进陶瓷阶段： 原料纯化——从天然矿物原料为主发展到高纯人工合成原料为主 新工艺层出不穷——成型新工艺：等静压成型、热压成型、离心注浆成型、压力注浆成型、流延成型等；烧结新工艺：热压烧结、热压等静压烧结、反应烧结、快速烧结、微波烧结、等离子体烧结等 理论日趋成熟——从经验操作发展到科学控制、特定材料设计、工艺—结构—性质—使用性能 分析技术进步——显微结构分析技术如X 射线衍射仪、电子显微镜、原子力显微镜、特殊性能测试仪器等 相邻学科发展——量子力学、固体物理、固体化学、配位化学、结晶化学、量子化学、半导体、微电子等 4、纳米陶瓷阶段：原料纳米化、陶瓷内部晶粒纳米化、性能高度优化、正在深入研究，预期将引起重要变化。 中国对陶瓷的贡献： 1）原始社会的陶器中的氧化铁含量在6 %以上，到了商代降为3 %，周代下降为2 %。这是制陶术上第一大突破。 2）公元前3000多年已有上了灰黄色釉的陶器，西周时出现了青色釉。陶器上釉，这是制陶术上的第二大突破。 3）随着高温技术的发展，经过12000C 以上的温度烧结的陶器便成为了瓷器，这是制陶术上的第三大突破。 第二章 电子陶瓷的结构 确定AB 组成的化合物中共价键的比例p 可由下式决定：p=exp[-(E a -E b )2/4)] E a ,E b 分别为A,B 元素的负电性 Pauling 五原则 1)负离子配位多面体原则：在正离子周围形成负离子配位多面体；正、负离子间距与离子半径之和有关；配位数与正、负离子的半径之比有关。负离子组成多面体，正离子占据间隙位置。 2)电价原则： 3)共用原则；4)共顶点原则；5)类型原则。 由6个原子所围成的八面体间隙 由4个原子所围成的四面体间隙。 钙钛矿的化学分子式：A 2+B 4+O 3，A 为低电价、大半径阳离子，B 为高电价、小半径阳离子，A 与O 组成FCC 结构，A 占据顶角、O 占据面心，B 占据八面体间隙 理想情况为立方晶系 实际情况有一定修正： t 为容差因子 一般， 0.77
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