第十二章(压电与铁电)
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7.4 热电、压电和铁电材料根据固体材料对外电场作用的响应方式不同,我们可以把它们分成两类。
一类是导电材料,即超导体、导体、半导体和绝缘体,它们是以传导方式传递外界电场的作用和影响(可以是电子传导、空穴传导和离子传导)。
另一类固体材料则是以感应方式来传递外界电场的作用和影响,这类材料叫做介电材料或电介质材料。
电介质材料置于外电场作用下,电介质内部就会出现电极化,原来不带电的电介质,其内部和表面将受感应而产生一定的电荷。
电极化可以用极化强度P 表示(单位体积内感应的偶极矩),这种电极化可以分为电子极化、离子极化和取向极化。
有一类电介质即使无外电场的作用其内部也会出现极化,这种极化称为自发极化,它可用矢量来描述。
由于这种自发极化的出现,在晶体中形成了一个特殊的方向,具有这种特殊结构的电介质,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,形成电偶极矩,使整个晶体在该方向上呈现了极性,一端为正,一端为负,这个特殊方向称为特殊极性方向,在晶体学中通常称为极轴。
而具有特殊极性方向的电介质称为极性电介质。
晶体的许多性质,诸如介电、压电、热电和铁电性,以及与之相关的电致伸缩性质、非线性光学性质、电光性质、声光性质、光折变性质等,都是与其电极化性质相关的。
晶体在外电场作用下,引起电介质产生电极化的现象,称为晶体的介电性。
7.4.1热电材料1. 热电效应(1) 塞贝克(Seebeck)效应当两种不同金属接触时,它们之间会产生接触电位差。
如果两种不同金属形成一个回路时,两个接头的温度不同,则由于该两接头的接触电位不同,电路中会存在一个电动势,因而有电流通过。
电流与热流之间有交互作用存在,其温度梯度不但可以产生热流,还可以产生电流,这是一种热电效应,称为塞贝克效应,其所形成的电动势,称为塞贝克电动势。
塞贝克电动势的大小既与材料有关,也是温度差的函数。
在温度差∆T较小时,塞贝克电动势E AB与温度差呈线性关系,即E AB=S AB∆T,式中S AB为材料A和B的相对塞贝克系数。
简述铁电,压电和热电纳米材料的催化研究
铁电催化研究主要关注铁电材料在催化反应中的应用。
铁电材料是一类具有铁电性质的材料,可以通过外加电场来改变其结构和性质。
铁电材料具有许多特殊的性质,如高电极化强度、快速反应速度等,使其在催化领域具有很大的潜力。
压电催化研究关注压电材料在催化反应中的应用。
压电材料是一类具有压电效应的材料,可以通过外加压力来改变其形状和性质。
压电材料具有良好的机械性能和灵活性,可以用于设计和调控催化反应中的活性位点和反应途径,提高催化效率和选择性。
热电催化研究关注热电材料在催化反应中的应用。
热电材料是一类具有热电效应的材料,可以将热能转化为电能或反之。
热电材料具有优异的热电性能,可以用于催化反应中的能量转换和催化剂的自供能。
热电催化研究旨在利用热电材料的热电效应,提高催化反应的能量利用率和催化效率。
以上三种纳米材料的催化研究,主要关注如何利用纳米尺寸效应和特殊性质改变催化反应的动力学和热力学过程,以实现更高效、更可控和更环保的催化反应。
这些研究在能源转化、环境保护、化学合成等领域具有重要的应用前景。
注:粗体为重点或要求掌握的内容,斜体为拓展延伸内容,其余为基本内容。
一、磁学性能1、材料磁性的本源是由材料内部电子循轨和自旋运动产生的。
任一封闭电流都具有磁矩。
2、材料磁性分类——抗磁性物质:使磁场减弱的物质;顺磁性物质:使磁场略有增强的物质;铁磁性物质:使磁场强烈增加的物质。
材料被磁化后,磁化矢量与外加磁场方向相反的称为抗磁性;材料被磁化后,磁化矢量与外加磁场方向相同的称为顺磁性。
材料的抗磁性来源于电子循轨运动时受外加磁场作用所产生的抗磁矩。
材料的顺磁性主要来源于原子(离子)的固有磁矩。
铁磁性来源于原子未被抵消的自旋磁矩和自发磁化。
3、抗磁性、顺磁性、铁磁性特点:抗磁与顺磁性材料的磁化强度与磁场强度之间均呈直线关系,磁化率常数很小,但磁化方向相反,而且当初去外磁场之后,仍恢复到未磁化前的状态,及存在磁化可逆性。
铁磁性不存在直线关系,也不是可逆的,去处外磁场,不恢复未磁化前的状态。
4、原子内层电子交互作用其积分常数A>0,使彼此的自旋磁矩同向排列形成自发磁化;铁、钴、镍因其交换积分常数A具有较大的正值,有较强的自发磁化倾向;还有一些稀土元素虽然也具有自发磁化倾向,但其A值很小,相邻原子间的自旋磁矩同向排列作用很弱,原子振动极易破坏这种同向排列,即它们的居里点很低,所以在常温下为顺磁性。
5、磁化曲线和磁滞回线1)磁化曲线:第一部分,在微弱的磁场中,磁感应强度B和磁化强度M均随外磁场强度H的增大缓慢增大。
磁化是可逆的。
第二部分:随外磁场强度H继续增大,磁感应强度B和磁化强度M急剧增高,磁导率μ增长非常快,并且出现极大值。
磁化是不可逆的。
第三部分:随外磁场强度H进一步增大,B和M增大的趋势逐渐变缓,磁化进行得越来越困难。
磁导率减小,并趋向稳定。
当磁场强度达到Hs时,磁化强度便达到饱和值,即外磁场强度再继续增大时,磁化强度不再变大。
而此时磁感应强度(B=M+H)仍随外磁场强度而增大。
磁化强度的饱和值称为饱和磁化强度,M S;与其对应的磁感应强度称为饱和磁感应强度,B S。