热释电铁电篇

(1-x)PST-xPZT铁电陶瓷的介电与热释电性能研究1蓝德均、江一杭、陈异、陈强、肖定全、朱建国*(四川大学材料科学与工程学院 四川成都 610064)E-mail: nic0400@摘要：以普通氧化物混合烧结法制备了高钙钛矿相的(1-x)PST-xPZT铁电弛豫陶瓷。

发现烧结温度和PZT掺入量对样品中的焦绿石相的存在影响很大。

样品的钙钛矿相成分随烧结温度升高而增加。

介电性能测试表明(1-x)PST-xPZT铁电弛豫陶瓷具有弥散型介电响应特征，(1-x)PST-xPZT铁电弛豫陶瓷的居里点T c和压电常数d33随PZT的掺入量的增加而增加。

室温下x=0.1的(1-x)PST-xPZT陶瓷样品的热释电系数可达到约15×10-8C/(cm2.K)。

关键词：PST－PZT陶瓷；弛豫铁电陶瓷；钙钛矿相；一步烧结制备1．引言钽钪酸铅Pb(Sc1/2Ta1/2)O3（PST）是一种热释电性能优良的典型B位复合铅基钙钛矿弛豫铁电陶瓷[1～3]。

由于纯PST的居里点较低（-5℃－25℃），需要在约1500℃的高温下烧结才能获得致密、具有钙钛矿结构且性能良好的材料[4]，从而限制了PST陶瓷材料的应用领域。

为了避免会引起陶瓷性能恶化的焦绿石相的形成，通常制备B位复合铅基钙钛矿驰豫铁电陶瓷的方法是先驱体法，即先将B位化合物或一种B位组份与一种A位组份[5]先行在高温下进行焙烧，制备出一种中间材料后再将组成陶瓷的其它组份化合物与前驱体混合后烧结得到所需的陶瓷。

但是有也研究表明[6,7]，用传统电子陶瓷制备工艺（以下简称一步法，One-Step-Sintering Method，OSSM），也可以制备出B位复合纯钙钛矿相陶瓷材料。

由于一般二元系的准同型相界（Morphotropic Phase Boundary,MPB）是一个范围很窄的区间，通过MPB成分的调整而达到调整材料综合性能的自由度很小；但对于三元或更多元系来说，其准同型相界一般是曲线甚至是曲面，故而在MPB附近进行组分调控可望进一步优化材料的综合性能[8]。

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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铁电体的三个基本特征
铁电体是一种特殊的晶体材料，具有三个基本特征：铁电性、压电性和热释电性。

铁电性是铁电体最为显著的特征之一。

铁电体在外加电场的作用下，会出现极化现象，即在晶体内部会出现正负电荷分离的现象，形成电偶极矩。

这种极化是可逆的，即当外加电场消失时，电偶极矩也会消失。

铁电体还具有压电性。

当外力作用于铁电体时，晶体会发生形变，产生电荷分离，形成电偶极矩，从而产生电势差。

这种现象被称为压电效应。

压电效应是铁电体在传感器、振动器等领域中的重要应用。

铁电体还具有热释电性。

当铁电体受到温度变化时，晶体内部的电偶极矩也会发生变化，从而产生电势差。

这种现象被称为热释电效应。

热释电效应是铁电体在红外线探测器、温度传感器等领域中的重要应用。

铁电体具有铁电性、压电性和热释电性三个基本特征。

这些特征使得铁电体在电子器件、传感器、振动器等领域中有着广泛的应用前景。

铁电体、热释电体、压电体和介电体及其之间的关系
铁电体、热释电体、压电体和介电体都是电子材料种类之一，它们在电子领域和工业
领域中有着广泛的应用，是电子材料中的重要种类。

下面我们来了解一下这些电子材料之
间的关系。

铁电体：铁电体是具有铁电性的晶体材料，铁电性是材料自身结构的一个特性，即当
材料暴露在电场中时，会发生电偶极矩的取向变化。

这个特性使得铁电体在电子产品中有
非常广泛的应用，比如它可以用作电容器、震荡器、传感器、存储器等，这些器件在电子
产品中起到重要的作用。

热释电体：热释电体是一种能够将温度变化转化为电能的材料，也叫做热电材料。

热
释电体使用的原理是通过热电效应将热能转化为电能，这个效应是指材料在温度差异作用
下会产生电势差。

热释电体具有良好的稳定性和性能，可以应用于如温度测量、温差发电、制冷等领域。

介电体：介电体是一种在电场作用下不会导电的材料，介电体在电子器件中有广泛的
应用，比如用作电容器、滤波器、隔离器、保险丝等。

由于介电体具有较高的绝缘性能，
它可以防止电信号的干扰和噪声，可以使电子器件的性能更加稳定。

尽管以上这些电子材料在应用领域不同，但它们之间有着一些共同的特性，比如它们
都是晶体材料，都可以产生电势差并转化为电能，它们都可以在电子领域中应用，有着一
定的互相联系。

当然，它们也存在一些区别，这主要体现在各自使用效应的不同点上。

压电热释电铁电材料的应用引言：压电热释电铁电材料是一类独特的功能材料，具有压电、热释电和铁电效应。

这些特殊的性质使得压电热释电铁电材料在很多领域中有着广泛的应用。

本文将介绍压电热释电铁电材料的概念及其应用。

一、压电效应的应用：压电效应是指在外加电场的作用下，压电材料会发生形变。

压电效应在各个领域中有着广泛的应用。

例如，在声学领域，压电传感器利用压电效应将压力信号转化为电信号，用于测量、控制和监测声波。

在医疗领域，压电效应被应用于超声波技术中，用于诊断和治疗。

此外，压电效应还被应用于振动传感器、加速度计、压力传感器等领域。

二、热释电效应的应用：热释电效应是指在温度变化的作用下，热释电材料会发生电信号的变化。

热释电效应在能量转换和传感器方面有着重要的应用。

例如，热释电发电机利用热释电效应将热能转化为电能，实现能量的回收和利用。

此外，热释电效应还被应用于温度传感器、红外传感器等领域。

三、铁电效应的应用：铁电效应是指在外加电场的作用下，铁电材料会发生极性反转。

铁电效应在信息存储和传输方面有着广泛的应用。

例如，铁电存储器利用铁电效应来实现信息的存储和读取。

铁电材料还被应用于传感器、电容器等领域。

四、压电热释电铁电材料的综合应用：压电热释电铁电材料的综合应用在科学研究和工程实践中起到了重要的作用。

例如，在机械工程领域，压电热释电铁电材料被应用于振动能量收集器，将机械振动能量转化为电能，实现自供电。

在电子工程领域，压电热释电铁电材料被应用于传感器、开关等元件，实现电信号的控制和传输。

此外，压电热释电铁电材料还在声学、光学、生物医学等领域有着广泛的应用。

结论：压电热释电铁电材料的应用涵盖了许多领域，包括声学、医疗、能源、传感器等。

这些材料的特殊性质使得它们在能量转换、信息存储和传感器方面具有独特的优势。

随着科学技术的不断进步，压电热释电铁电材料的应用前景将更加广阔，为人类创造更多的价值。

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。