介电和铁电基础及应用汇总.ppt
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电介质材料在各类电子器件的功能实现中扮演着重要的角色,它又被称为电介质。
在电场的作用下,电介质中的带电粒子可以偏离原来的平衡位置,发生相对位移,进而产生电极化。
而某类特殊的电介质,在外部机械应力的作用下(如压应力)发生形变,这个形变可以导致极化,并且在该电介质的相对的两个断面形成符号相反的束缚电荷,而且束缚电荷的电荷密度正比于机械应力,这样一种特殊的电介质即为压电材料。
在压电材料中,又存在着一个特殊的分类,即热释电材料,在热释电材料中,温度的变化可以引起电极化,从而在存在温差的两个端面上形成电势差。
铁电材料又是一类特殊的热释电材料,铁电晶体一定是极性晶体,在一定温度范围内,即使不存在外加电场,晶体中的正、负电荷中心也不重合,每一个晶胞存在固有的电偶极矩,电偶极矩之间会发生长程的相互作用,因此一定区域中的电偶极子将产生平行排列而发生自发极化,而自发极化的方向可以随着外加电场方向的改变而改变。
以上所述的几种关系可以用以下的示意图1.1 来概括表达:图1.1. 电介质、压电、热释电、铁电材料关系图及电滞回线图原理:铁电材料是热释电材料的一个分支,它不仅具有自发极化,而且在一定温度范围内,自发极化随会随外电场的改变而改变,而且极化强度随外电场的变化存在一个如下图所示的滞回关系,这是铁电材料的一大特征,在铁电晶体两端加上电场E 后,极化强度P 随电场强度E 增加沿从坐标原点O 出发的曲线上升,中间有一段为线性上升,然后逐渐趋于平缓,最后达到饱和,不再上升。
而当E 下降,P 不沿原曲线下降,而是沿原曲线上方的曲线下降。
当E 为零时,极化强度P 不等于零而为P B,称为剩余极化强度。
只有加上反向电场E H 时P 才会等于零,E H 称为铁电材料的矫顽电场强度。
整条电滞回线如图所示。
铁电晶体是由许多小区域组成,这些小区域称为电畴,电畴内的极化方向一致,而相邻电畴的极化方向有所不同,因此众多电畴的电偶极矩的取向是随机的,表现出各向同性。