第11章 铁电性质

铁电材料的制备及其铁电性能研究铁电材料是指具有铁电性质的材料，铁电性质是指在外加电场下，材料会发生极性翻转，即正负极性相互转换。

这种性质使铁电材料广泛应用于存储器、传感器、激光器、换能器、电容器等领域。

本文将介绍铁电材料的制备方法及其铁电性能研究。

一、铁电材料的制备方法1.溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种低温热处理制备铁电材料的方法。

首先，将合适比例的金属盐溶解在水和有机物的混合液中，然后使之脱水凝固，得到凝胶。

接着，将凝胶热处理干燥，形成透明的玻璃状材料。

该方法制备的铁电材料具有良好的机械性能和化学稳定性。

2.物理气相沉积法物理气相沉积法是一种高温热处理制备铁电材料的方法。

在该方法中，通过激光或者热蒸发等方式将材料原子或分子蒸发，沉积在基底上，形成薄膜结构。

该方法具有工艺简单、生产效率高等优点，可以制备出高质量的铁电薄膜材料。

3.气相沉积法气相沉积法是一种制备铁电材料薄膜的方法，通过气体反应沉积铁电薄膜。

该方法可以制备出大面积、高质量、低成本的铁电薄膜。

在该方法中，可以通过改变反应条件来控制铁电薄膜的性能，如薄膜的微观结构和组分等。

二、铁电材料的铁电性能研究研究铁电材料的铁电性能是了解材料电性能的一种重要手段。

以下是常用的铁电性能研究方法。

1.压电测试压电测试是通过在机械应力下测量铁电材料的电感生成能力来研究铁电性质。

在该测试中，将电极夹在铁电材料两端，给材料施加机械压力后，测量材料中电极间电势差的变化，进而计算出电感。

2.电容测试电容测试是一种测量铁电材料铁电性能的方法。

在该测试中，先将材料置于电场中，并在电场强度不断增大的过程中测量材料的电容变化，进而计算出材料的介电常数与电容变化量之间的关系。

通过电容测试可以了解材料的介电常数、铁电极化强度和耐电压强度等参数。

3.极化测试极化测试是一种研究材料极化行为的方法。

该测试中，通过在外场的作用下，测量材料中电极间电势差，进而计算出铁电极化强度的大小。

铁电材料定义铁电材料是一类具有特殊电学性质的材料，其具备了铁电性质。

铁电性质是指在外加电场的作用下，材料可以产生电极化现象，即材料内部正负电荷的分离和重新排列，从而形成一个电偶极子。

这种电偶极子的产生和调控使得铁电材料在电子器件和储存器件等领域具有重要的应用价值。

铁电材料的铁电性质源于其特殊的晶体结构。

铁电材料通常具有一种特殊的晶体结构，被称为铁电相。

在铁电相中，材料的正负电荷中心不重合，形成了一个电偶极子。

这种电偶极子的产生和调控可以通过外加电场来实现。

当外加电场改变时，材料的电偶极子也会随之重新排列，从而改变材料的极化状态。

这种极化状态的可逆调控性质使得铁电材料在信息存储和传输等领域有广泛的应用。

铁电材料的应用主要包括铁电存储器、铁电传感器和铁电压电效应等。

其中，铁电存储器是铁电材料应用最为广泛的领域之一。

铁电存储器利用铁电材料的极化状态可逆调控性质，实现了信息的存储和读取。

与传统存储器相比，铁电存储器具有快速读写速度、低功耗和长时间稳定性等优势。

因此，铁电存储器被广泛应用于电子产品中，如计算机内存、智能手机和数码相机等。

铁电传感器是另一种重要的铁电材料应用。

铁电材料的极化状态可以受到外界环境的影响而改变，这种性质使得铁电材料成为一种理想的传感器材料。

铁电传感器可以通过测量材料极化状态的变化来检测环境中的物理量或化学性质。

例如，铁电传感器可以用于测量温度、压力、湿度和化学物质浓度等。

铁电传感器具有高灵敏度、快速响应和稳定性好等特点，被广泛应用于环境监测、生物医学和工业控制等领域。

铁电材料还具有铁电压电效应。

铁电压电效应是指在外加电场的作用下，铁电材料会发生形变。

这种形变可以是线性的，也可以是非线性的。

线性铁电压电效应可用于制造压电陶瓷材料，用于超声换能器、压力传感器和声波滤波器等领域。

非线性铁电压电效应可用于制造电致形状记忆合金材料，用于制造智能材料和微机电系统等。

铁电材料是一类具有铁电性质的特殊材料。

试说明压电体、热释电体、铁电体各自在晶体结构上的特点。

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铁电材料中的铁电性质研究铁电材料是一种具有特殊性质的材料，其在应用领域具有广泛的应用前景。

铁电材料是指在特定的温度和压力下，具有同时存在铁磁性和电介质性质的材料。

在这些材料中，电子、离子和晶格之间的相互作用导致了远距离的有序排列，使得材料具有铁电性质。

铁电性质是指在电场作用下，材料具有电偶极矩产生的极化效应。

本文将从铁电材料基础性质、铁电材料中的铁电偶极矩与电场相互作用以及铁电材料研究的未来发展等几个方面来深入探讨铁电材料中的铁电性质研究。

一、铁电材料基础性质铁电材料是由一种特殊的材料结构所表现出来的。

这种材料结构具有非中心对称性，且具有不等价离子坐标的特征。

这样的材料结构中离子对晶格的对称性造成破坏，同时又使得离子和电子之间存在强烈的相互作用。

另外，铁电材料中离子和电子之间的相互作用又能够产生电偶极矩，而这种电偶极矩的大小可通过材料的摩尔体积、离子电荷、离子坐标等因素来调节。

二、铁电材料中的铁电偶极矩与电场相互作用铁电偶极矩是指在铁电材料中，电子云在电场作用下分布不均匀，产生有向的电势差，进而形成电偶极矩。

铁电偶极矩是测量铁电性质的一个重要参数，在铁电材料中，电场与铁电偶极矩间的相互作用非常重要。

由于铁电偶极矩的出现和方向取决于材料的结构变化，因此，通过电场引导下，铁电材料中的电子和离子将会发生相应的位移，从而实现铁电极化。

当移除电场时，铁电材料恢复到无偏极状态，电偶极矩也会随之消失。

三、铁电材料研究的未来发展在未来的研究中，铁电性质的研究将会成为凝聚态物理领域中的一个重要研究方向。

当前，人们已经开始探索如何通过调节化学组成、晶体结构、物化性能等来制造新的铁电材料。

压电陶瓷、铁电液晶显示器等已经成为目前应用领域的重要代表。

未来，铁电材料具有很强的发展潜力，如何制造更好的铁电材料，同时探索更多的应用领域，都将是未来铁电材料研究的重要方向。

综上所述，铁电材料中的铁电性质是基于材料特殊的结构所产生的一种性质。

铁电性实验报告-南京大学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。

《北师大版九年级上第十一章第五节探究-不同物质的导电性能》拓展山东肥城孙伯中学李思平导体和绝缘体：有的物体容易导电，有的物体不容易导电。

硬币、铅笔心容易导电，接入硬币、铅笔心时、小灯泡丝中有电流企过，小灯泡发光。

橡皮、塑料尺不容易导电，接入橡皮、塑料尺时，小灯泡丝中没有电流或者电流很小，小灯泡不发光。

容易导电的物体叫做导体。

金属、石墨、人体、大地以及酸、碱、盐的水溶液等都是导休，不容易导电的物体叫做绝缘体。

橡胶、玻璃、陶瓷、塑料、油等都是绝缘体。

好的身体和绝缘体都是重要的电工材料，电线电线芯线用金属来做，因为金属是导体，容易导电；电线芯线外面包上一层橡胶或塑料，因为它们是绝缘体，能够防止漏电。

图11-35表示各种物体的导电和绝缘能力的排列顺序，可见导体和绝缘体之间并没有绝对的界限。

而且在一般情况下，不容易导电的物作当条件改变时就可能导电。

例如，玻璃是相当好的绝缘体，但如果给玻璃加热，使它达到红炽状态，它就变成导体了（见下图）。

为什么导体容易导电，绝缘体不容易导电呢？原来，在绝缘体中，电荷几乎都束缚在原子的范围之内，不能自由移动，也就是说，电荷不能从绝缘体的一个地方移动到另外一个地方，所以绝缘体不容导电。

相反，导体动到另外的地方，所以导体容易导电。

金属是最重要的导休。

在金属导体中，部分电子可以脱离开原子核的束缚而在金属内部自由移动，这种电子叫做自由电子。

金属导电，靠的就是自由电子，金属中的电流是带负电自由电子发生定向移动形成的。

根据电流方向的规定知道，金属中的电流方向跟自由电子向相反。

半导体电阻率介于金属和绝缘体之间并有负的电阻温度系数的物质。

半导体室温时电阻率约在10-5～107欧·米之间，温度升高时电阻率指数则减小。

半导体材料很多，按化学成分可分为元素半导体和化合物半导体两大类。

锗和硅是最常用的元素半导体；化合物半导体包括Ⅲ-Ⅴ族化合物（砷化镓、磷化镓等）、Ⅱ-Ⅵ族化合物( 硫化镉、硫化锌等)、氧化物(锰、铬、铁、铜的氧化物),以及由Ⅲ-Ⅴ族化合物和Ⅱ-Ⅵ族化合物组成的固溶体（镓铝砷、镓砷磷等）。