第六章铁电性能和压电性能_材料物理
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铁电材料的应用及其性质铁电材料是一种拥有电极化性能的材料,可以在外加电场的作用下产生极化效应,其具有许多重要的物理特性和应用价值。
铁电材料被广泛应用于电容器、传感器、压电材料、振动器、光伏器件、非易失性存储器等领域。
本文将深入探讨铁电材料的性质及应用。
一、铁电材料的性质1.电极化性能:铁电材料表现出极化现象,它们能够在电场的作用下,在晶体中产生电偶极矩,同时使晶体的电荷分布发生改变。
铁电材料的电极化是由于离子偏移所导致的,离子的偏移可导致电流产生。
经过组合后,可以得到电信号的输出。
2.压电性能:铁电材料具有压电性能,亦即当外力作用于铁电材料时,晶体结构会产生变化,而反过来当外加电场作用于铁电晶体时,也能感受到压力的变化。
其作用的原理是,当材料受到外力的作用时,内部离子的晶格结构也会产生变形,从而产生相应的电信号。
压电传感器就是利用这种原理来实现高精度测量。
3.热释电性能:一些铁电材料还表现出热释电性能。
当这类材料被局部加热时,就会产生电荷,从而产生电信号。
这种特性可用于温度变化传感器,甚至是毒气检测器中。
4.非线性光学性能:铁电材料在非线性光学方面有很出色的表现,可以利用其将光束加工成符号、滤色器和测量仪器的功能。
二、铁电材料的应用1.电容器:由于铁电材料的电极化和解极化响应速度快,它们可用于电容器中,主要用于储存电料以及印刷电路板制作等领域。
2.传感器:由于铁电材料的压电特性,它们可以被用于制作各种类型的传感器,如液体容器液位感应器、汽车摩擦感应器等等。
3.振动器:由于铁电材料的压电特性和极化性能,它们可用于制造各种类型的振动器,如石英晶体振荡器等。
4.光伏器件:铁电材料在光伏器件中的应用越来越广泛。
铁电效应能够使太阳能电池在太阳光照射下提高光电转换效率,而且在成本上也具有一定优势。
5.非易失性存储器:铁电材料的极化状态可以长时间维持,因此它们可以被用于非易失性存储器中。
这种材料可以将电信号转化成二进制代码,从而实现信息存储和检索。
铁电性:电偶极子由于它们的相互作用而产生的自发平行排列的现象。
屈服极限:中档应力足够大,材料开始发生塑性变形,产生塑性变形的最小应力。
延展性:指材料受塑性形变而不破坏的能力。
构建的受力模型:拉伸、压缩、剪切、扭转、弯曲塑性形变:指外力移去后不能恢复的形变。
热膨胀:物体的体积或长度随着温度的升高而增加的现象称为热膨胀,本质是点阵结构中质点的平均距离随温度升高而增大。
色散:材料的折射率随入射光频率的减小而减小的性质。
抗热震性:是指材料承受温度的剧烈变化而抵抗破坏的能力。
蠕变:对材料施加恒定应力时。
应变随时间的增加而增加,这种现象叫蠕变。
此时弹性模量也将随时间的增加而减少。
弛豫:对材料施加恒定应变,应力随时间减少的现象,此时弹性模量也随时间而降低。
滞弹性:对于理想弹性固体,作用应力会立即引起弹性形变,一旦应力消除,应变也随之消除。
对于实际固体,这种应变的产生和消除需要一定的时间,这种性质叫滞弹性。
粘弹性:有些材料在比较小的应力作用下可以同时表现出弹性和粘性。
虎克定律:材料在正常温度下,当应力不大时其变形是单纯的弹性变形,应力与应变的关系由实验建立。
晶格滑移:晶体受力时,晶体的一部分相对于另一部分发生平移滑动。
应力:单位面积上所受的内力。
形变:材料在外力作用下,发生形状和大小的变化。
应变:物质内部各质点之间的相对位移。
本征电导:由晶体点阵的基本离子运动引起。
离子自身随热运动离开晶格形成热缺陷,缺陷本身是带电的,可作为离子电导截流子,又叫固有离子电导,在高温下显著。
杂质电导:由固定较弱的离子的运动造成,主要是杂质离子。
在低温下显著。
杂质电导率要比本征电导率大得多。
离子晶体的电导主要为杂质电导。
热电效应:自发极化电矩吸附异性电荷,异性电荷屏蔽自发极化电场而自发极化对温度影响当温度变化时释放出电荷。
极化:在外电场作用下,介质内质点政府电荷重心的分离,并转变为偶极子,即电介质在电场作用下产生感应电荷的现象.自发极化:这种极化状态并非由外加电场所引起而是由晶体内部结构特点所引起。