下载文档原格式
铁电材料的特性及应用综述孙敬芝（河北联合大学材料科学与工程学院河北唐山 063009）摘要：铁电材料具有良好的铁电性、压电性、热释电以及性光学等特性以及原理，铁电材料是具有驱动和传感2 种功能的机敏材料, 可以块材、膜材(薄膜和厚膜) 和复合材料等多种形式应用, 在微电子机械和智能材料与结构系统中具有广阔的潜在应用市场。
关键词：铁电材料；铁电性；应用前景C haracteristics and Application of FerroelectricmaterialSun Jingzhi( Materials Science and Engineering college, Hebei United University Tangshan 063009,China )Abstract:Ferroelectric material has good iron electrical, piezoelectric , pyroelectric and nonlinear optical properties, such as a driver and sensing two function piezoelectric materials, can block material, membrane materials (film and thick film) and the compound Material of a variety of forms such as application, in microelectromechanical and intelligent materials and structures in the system with vast potential application market.Keywords: ferroelect ric materials Iron electrical development trend0前言晶体按几何外形的有限对称图象, 可以分为32 种点群, 其中有10 种点群: 1, 2, m , mm 2, 4,4mm , 3, 3m , 6, 6mm , 它们都有自发极化。
第27卷第11期电子元件与材料V ol.27 No.11 2008年11月ELECTRONIC COMPONENTS AND MATERIALS Nov. 2008高介高稳定性BaTiO3基铁电陶瓷研究进展蒲永平，杨公安，王瑾菲，庄永勇（陕西科技大学 材料科学与工程学院，陕西 西安 710021）摘要: 针对BaTiO3基铁电陶瓷材料的特点，介绍了提高其介电常数和温度稳定性的途径，综述了高介高稳定性BaTiO3基铁电陶瓷材料的研究现状。
指出随着电子整机向着微型化的方向发展，介电瓷粉材料也向着高介电常数、高稳定性的方向发展，并提出了解决此问题的思路。
关键词:无机非金属材料；BaTiO3；综述；稳定性；介电常数中图分类号: TM28 文献标识码:A 文章编号:1001-2028（2008）11-0001-03Research progress of BaTiO3-based ferroelectric ceramic materialswith high permittivity and high stabilityPU Yong-ping, YANG Gong-an, WANG Jin-fei, ZHUANG Yong-yong(School of Materials Science and Engineering, Shaanxi University of Science and Technology, Xi’an 710021, China)Abstract: According to the characteristics of BaTiO3-based ferroelectric ceramic materials, the ways to improve their permittivity and temperature stability were introduced, and the current research status of BaTiO3-based ferroelectric ceramic materials with high permittivity and high stability were reviewed. It is pointed out that dielectric ceramic powder materials would develop towards high permittivity and high stability with the miniaturization trend of electronic equipment. Moreover, the ways to solve these problems were put forward.Key words: non-metallic inorganic material; BaTiO3; review; stability; permittivity铁电陶瓷又称为II类低频电容器陶瓷，这类电容器多用于滤波、旁路和耦合等电子电路中，一般要求有极大的电容量，因此要求用介电常数很高的瓷料来制备。
钛酸钡铁电陶瓷市场发展现状引言钛酸钡铁电陶瓷是一种重要的电子陶瓷材料，具有优异的电学性能和优越的热稳定性，广泛应用于电子器件和无线通信领域。
本文将对钛酸钡铁电陶瓷市场的发展现状进行综述，并分析其市场前景。
钛酸钡铁电陶瓷的特点钛酸钡铁电陶瓷具有以下几个重要的特点： - 高介电常数和低介电损耗，使其在高频率电子器件中具有应用潜力； - 温度稳定性好，能够适应复杂的工作环境； - 高压驱动性能，适用于电荷存储器和压电传感器等领域； - 高饱和极化电压，使其在无线通信设备中具备优势。
钛酸钡铁电陶瓷市场规模及发展趋势根据市场研究报告，钛酸钡铁电陶瓷市场规模逐年扩大，并呈现出以下几个发展趋势：1. 电子器件领域的应用增加随着电子器件市场的不断扩大，对高性能电子陶瓷材料的需求逐渐增加。
钛酸钡铁电陶瓷以其出色的电学性能和稳定性，被广泛应用于电容器、滤波器、谐振器等电子器件中。
2. 无线通信设备市场的快速发展无线通信设备市场的快速发展带动了对钛酸钡铁电陶瓷的需求增长。
钛酸钡铁电陶瓷在射频滤波器、天线、谐振器等无线通信设备中具有重要的应用，如5G技术的普及将进一步推动钛酸钡铁电陶瓷市场的增长。
3. 新兴应用领域的开拓随着科技的进步和新兴应用的不断涌现，钛酸钡铁电陶瓷在医疗设备、汽车电子、航空航天等领域也开始得到关注和应用。
这些新兴应用领域的开拓将进一步推动钛酸钡铁电陶瓷市场的发展。
钛酸钡铁电陶瓷市场面临的挑战虽然钛酸钡铁电陶瓷市场发展势头良好，但仍面临一些挑战：1. 生产成本高钛酸钡铁电陶瓷的生产工艺复杂，所需原材料价格昂贵，导致生产成本较高。
这给陶瓷生产企业带来一定的压力，并限制了市场的进一步扩大。
2. 技术创新与研发投入不足目前，一些先进的钛酸钡铁电陶瓷材料制备技术尚未得到广泛采用，存在一定的技术创新和研发投入不足的问题。
这限制了钛酸钡铁电陶瓷市场的进一步发展。
3. 市场竞争激烈随着钛酸钡铁电陶瓷市场的规模不断扩大，竞争也越来越激烈。
铁电陶瓷改性方案引言铁电陶瓷是一类具有铁电性质的陶瓷材料，具有优异的电学性能和机械性能，被广泛应用于电子器件、传感器和储能装置等领域。
然而，传统的铁电陶瓷在一些方面存在局限性，比如其电学性能受温度和应力的影响较大、机械性能较差等。
为了克服这些问题，研究人员提出了一系列的铁电陶瓷改性方案，以改善其性能并拓宽其应用范围。
本文将介绍几种常见的铁电陶瓷改性方案，包括添加掺杂物、改变工艺和设计新型结构等。
通过这些改性方案，可以获得具有更好性能的铁电陶瓷材料，为相关领域的应用提供更好的支持。
添加掺杂物添加掺杂物是一种常见的铁电陶瓷改性方案，通过在陶瓷材料中引入其他元素，可以改变材料的结构和性质，提高其性能表现。
以下是几种常见的添加掺杂物的方案：1. 离子掺杂通过引入离子掺杂，可以改变铁电陶瓷的晶格结构和电荷分布，从而改变其电学性能。
例如，在铁酸钡（BaTiO3）中引入掺杂离子，可以减小晶格畸变，提高材料的铁电相变温度和极化强度。
2. 部分取代掺杂部分取代掺杂是指将一部分陶瓷材料的原子取代为其他元素或离子。
这种掺杂方式可以改变材料的组成和结构，从而调节其性能。
以钛酸铋（BiFeO3）为例，通过部分取代铁原子的方式，可以改善其畸变结构，提高其极化强度和压电性能。
3. 氧化物掺杂在铁电陶瓷中添加一定比例的氧化物掺杂物，可以改变材料的晶格缺陷和电子结构，从而影响材料的性能。
例如，在钛酸锆（PZT）陶瓷中添加微量的氧化铁（Fe2O3），可以改善其耐疲劳性能和压电性能。
改变工艺改变工艺是另一种常见的铁电陶瓷改性方案，通过改变陶瓷材料的制备过程和烧结工艺，可以调节其晶体结构和物理性能，从而达到改善材料性能的目的。
以下是几种常见的改变工艺的方案：1. 控制烧结条件烧结是陶瓷制备的关键步骤之一，通过控制烧结条件，可以影响陶瓷材料的致密度、晶体生长和相变行为。
例如，在铁酸钡陶瓷的制备过程中，控制烧结温度和时间，可以得到致密度较高且相变温度较稳定的材料。
铁电材料的性质和应用研究铁电材料自引起学界和工业界广泛关注以来，一直是材料科学领域的研究热点之一。
铁电材料的特殊性质和广泛的应用潜力使其成为科学家们探索的焦点。
本文将探讨铁电材料的性质以及其在电子学、储能和传感器等领域的应用。
首先，我们来了解一下铁电材料的性质。
铁电材料是一种具有自发极化性质的晶体材料。
它们能够在外电场的作用下发生自发电极化，而且在去除电场后，仍能保持残余极化。
世界上大部分铁电材料都是复合氧化物，例如铁电陶瓷PZT（锆钛酸铅），以及铁电聚合物PVDF（聚偏氟乙烯）。
铁电材料的晶格结构对其性质具有重要影响。
它们通常具有非中心对称结构，该结构使得材料内部的正负电荷错位，从而实现自发极化。
铁电材料的性质使其在电子学领域具有重要的应用价值。
由于铁电材料的电极化可通过外电场控制，因此它们被广泛用于电子存储器，例如闪存和随机存取存储器（RAM）。
铁电材料还可用于开关、传感器和振荡器等电子元件的制造。
此外，铁电材料还具有非线性光学效应，这使得它们在光通信和光存储等领域具有广泛应用。
除了电子学，铁电材料还在储能领域发挥着重要作用。
由于铁电材料在外电场下的电极化行为，它们被用来制造电容器和电阻随温度变化的元件。
铁电陶瓷材料的能量密度较高，因此被广泛应用于能量储存和转换设备，例如电池、超级电容器和电动汽车。
此外，铁电材料的高压电介质特性也使其成为高压电缆领域的理想材料。
铁电材料的独特性质还使其在传感器领域具有重要意义。
铁电材料的极化状态对应着材料的机械应变，这使得它们在压力传感器、加速度计、压力开关和声波传感器等方面有着广泛应用。
人们利用铁电陶瓷的感应电荷效应，开发出了高灵敏度的传感器，用于检测压力、温度和振动等物理量。
综上所述，铁电材料以其独特的性质和广泛的应用潜力成为材料科学研究的热点。
从电子学到储能，再到传感器领域，铁电材料都有着重要的应用。
随着科技的不断发展，人们对铁电材料的研究也将不断深入，有望推动其在更多领域的应用。
铁电材料的研究和应用铁电材料是一种重要的功能性材料，它具有独特的电学和物理性能，因此在许多领域都有广泛应用。
近年来，随着材料科学和纳米技术的发展，铁电材料的研究和应用已经变得越来越重要。
一、铁电材料的基本概念和性质铁电材料是一种具有铁电性质的材料，这种性质类似于磁铁。
铁电材料在无外场的情况下，表现出极化，具有电荷分离的性质，从而形成电场。
同时，当电场加入时，铁电材料还会表现出反向的极化。
这种性质使得铁电材料在电学和电子学领域有了广泛应用。
铁电材料不仅具有极化的特点，还具有一些其他的独特性质，如压电效应、自发偏振和非线性光学等。
这些特性使得铁电材料在机电一体化、通讯和照明等领域有了广泛的应用。
二、铁电材料的研究现状目前，铁电材料的研究主要包括材料的合成、物理性质的研究和材料加工等方面。
材料的合成是铁电材料研究的基础，目前主要有几种方法，如固相反应法、高温固相法、溶胶-凝胶法等。
这些方法可以制备出高质量、纯度高的铁电材料。
物理性质的研究是铁电材料研究的中心内容之一，主要包括铁电性质、压电性质和自发偏振等方面。
这些性质的研究不仅可以深入了解铁电材料的本质特性，还能够为实际应用提供指导和支持。
材料加工是铁电材料研究的另一个重要方面。
目前，铁电材料的加工技术已经相当成熟，主要包括晶体生长、薄膜制备等。
这些技术可以大大提高铁电材料的性能和应用水平。
三、铁电材料的应用铁电材料有广泛的应用前景，主要可以分为以下几个方面。
1. 电子学领域。
铁电材料可以用于制备电子器件，如电容器、振荡器和滤波器等。
此外，铁电材料还可以作为传感器和存储器使用。
2. 光电子学和非线性光学。
铁电材料具有非线性光学效应，因此可以用于制备光学器件，如调制器、波长转换器和光学纤维信号处理器等。
3. 照明和显示。
铁电材料可以用于制备高性能显示器，如液晶显示器、有机发光二极管等。
此外，铁电材料还可以用于制备高效、稳定的LED照明灯。
4. 机电一体化和无线通讯。
工业电子陶瓷材料的分类、应用及发展趋势摘要：本文针对工业用电子陶瓷材料的性能特点，研究了工业用电子陶瓷材料的应用领域，分析了工业用电子陶瓷材料的分类，并介绍了电子陶瓷产业加速研发新材料态势。
同时，指出了工业用电子陶瓷技术的发展趋势。
关键词：电子陶瓷材料；分类；应用；发展趋势1 前言材料是人类生产和生活的物质基础，是人类进步与人类文明的标志。
随着空间技术、光电技术、红外技术、传感技术、能源技术等新技术的出现、发展，要求材料必须具有耐高温、抗腐蚀、耐磨等优越的性能，才能在比较苛刻的环境中使用。
传统材料难以满足目前的要求，因此，开发和有效利用高性能材料已经成为材料科学发展的必然趋势。
2 工业用电子陶瓷材料的分类电子陶瓷按功能和用途可以分为五类：绝缘装置瓷、电容器瓷、铁电陶瓷、半导体陶瓷和离子陶瓷。
绝缘装置瓷简称装置瓷，具有优良的电绝缘性能，用作电子设备和器件中的结构件、基片和外壳等的电子陶瓷。
电子陶瓷按特性可分为高频和超高频绝缘陶瓷、高频高介陶瓷、压电陶瓷、半导体陶瓷、光电陶瓷、电阻陶瓷等。
按应用范围可分为固定用陶瓷、电真空陶瓷、电容器陶瓷和电阻陶瓷。
按微观结构可分多晶、单晶、多晶与玻璃相、单晶与玻璃相。
（1）陶瓷基片材料陶瓷基片材料在电子陶瓷中，占有最重要位置的是绝缘体。
特别是高级集成电路用绝缘基片或封装材料，可以采用尺寸精度为微米或微米以下的高纯度致密氧化铝烧结体。
高纯度致密氧化铝具有金属材料所不具备的绝缘性和高分子材料所不具备的导热性。
（2）压电陶瓷压电陶瓷由于是多晶材料，所以使用频率受到限制。
压电元件可使电信号和机械信号相互转换。
一定形状的压电陶瓷元件主要由PbTiO3-PbZrO3系烧结而制成，即使是烧结体，通过极化也可获得单晶所具有的压电性。
压电元件的主要用途有火花塞和谐振器。
谐振器起选择性通过特定频率电波滤器的作用，是电视（TV）、无线电等调谐电路不可缺少的元件。
（3）铁电陶瓷铁电陶瓷以铁电性晶体为主晶相的电子陶瓷。
铌酸钾钠基弛豫铁电陶瓷的组成设计及储能性能研究铌酸钾钠基弛豫铁电陶瓷的组成设计及储能性能研究摘要：铌酸钾钠基弛豫铁电陶瓷是一种具有优秀储能性能的材料，本文通过对材料的组成设计及储能性能的研究，探索了铌酸钾钠基弛豫铁电陶瓷的潜力和应用前景。
首先，我们对铌酸钾钠基弛豫铁电陶瓷的组成进行设计，选择了适当的基础成分和添加剂，以提高材料的储能性能。
然后，通过一系列实验，研究了材料的结构、电特性和储能性能等方面的变化，分析了组成对材料性能的影响，为优化材料设计提供了实验依据。
最后，我们将研究结果与已有的储能材料进行比较，发现铌酸钾钠基弛豫铁电陶瓷具有较高的储能密度和效率，表明其在储能领域具有重要的应用潜力。
关键词：铌酸钾钠基弛豫铁电陶瓷；组成设计；储能性能；实验研究；优化设计1. 引言储能材料在现代社会的能源需求中起着至关重要的作用。
铌酸钾钠基弛豫铁电陶瓷作为一种新型的储能材料，因其较高的储能密度和效率，在储能领域备受关注。
然而，要实现优秀的储能性能，必须进行合理的组成设计。
本文将对铌酸钾钠基弛豫铁电陶瓷的组成设计及储能性能进行详细研究，以期挖掘和发展这一材料的潜力。
2. 材料与方法2.1 材料选择铌酸钾钠基弛豫铁电陶瓷的组成设计是实现其储能性能提升的关键因素。
在本研究中，我们选择了适当的基础成分和添加剂来调整材料的组成并提高其储能性能，包括铌酸钾钠、铁氧化物等。
2.2 实验方法我们采用了一系列实验方法来研究材料的组成设计及储能性能。
首先，通过X射线衍射仪（XRD）对样品的结构进行分析，了解材料的晶体结构和纯度。
然后，通过扫描电子显微镜（SEM）观察样品的表面形貌，探究材料的微观结构和形貌特征。
接下来，我们采用交流阻抗谱（EIS）测量材料的电学性能，包括电导率和介电常数等。
最后，我们进行了储能性能测试，通过电压-电荷曲线来评估材料的储能性能。
3. 结果与讨论3.1 结构与形貌分析通过XRD分析，我们发现铌酸钾钠基弛豫铁电陶瓷具有较高的晶体纯度和相对结构稳定性。
铁电陶瓷材料的研究现状和应用
1、层状铁电陶瓷
（1）Bi系
目前，研究较多、并且用于制备铁电陶瓷材料的是钙钛矿结构的锆钛酸铅（简称PZT）系列。
此系列的突出优点是剩余极化较大Pr（10~35 μC/cm 2）、热处理温度较低（600℃左右）。
但是随着研究的深入，人们发现，在经过累计的极化反转之后PZT系列性能退化，主要表现在出现高的漏电流和较严重的疲劳问题，另外，铅的挥发对人体也有害。
因此研究和开发性能优良且无铅的铁电陶瓷具有重要的现实意义。
而铋系层状钙钛矿结构材料属于铁电材料类且性能较好又不含铅，因此受到人们的广泛关注。
（2）(Pb,Ba)(Zr,Ti)O3系
(Pb,Ba)(Zr,Ti)O3（简称PBZT）系陶瓷与Pb(Zr,Ti)O3(PZT)同属于ABO3型钙钛矿结构，具有较大的电致伸缩应变，在电子微位移动领域已得到广泛应用。
但在使用过程中发现这类铁电陶瓷因其脆性和较低的强度影响了其产品的耐久性和使用寿命，因此改善其机械性能已引起人们的重视。
2、弛豫型铁电陶瓷
弛豫型铁电体（relaxation ferroelectrics，简称RF）是指顺电—铁电转变属于弥散相变的一类铁电材料，它同时具有铁电现象和弛豫现象。
与典型铁电体相比，弛豫型铁电体的一个典型特征是复介电常数（ε*(ω) =ε'(ω) −ε"(ω)，ω为角频率）的实部ε'(ω)随温度变化呈现相对宽且变化平缓的峰，其最大ε'(ω)值对应的温度Tm随ω的增加而向高温移动。
该特征与结构玻璃（structureglass）化转变、自旋玻璃（spin glass）化转变的特征极为相似。
所以，弛豫型铁电体又被称为极性玻璃（polar glass），相应的弛豫铁电相变又被称为极性玻璃化转变。
迄今为止，虽然人们对弛豫铁电相变进行了大量的实验测量和理论探索，但是仍然没有被普遍接受的弛豫铁电相变模型，所以对弛豫铁电相变机制的研究一直是该领域研究的热点问题之一。
另外，现有的一些弛豫铁电体具有优良的铁电、压电和热释电性能，因而具有广泛而重要的应用。
3、含铅型铁电陶瓷
铌镁酸铅Pb(Mg1.3Nb2.3)O3(简称PMN)铁电陶瓷材料以很高的介电常数、相当大的电致伸缩效应、较低的容温变化率和几乎无滞后的特点，一直受到人们的关注，在多层陶瓷电容器、新型微位移器、执行器和机敏材料器件及新型电致伸缩器件等领域有着巨大的应用前景。
4、无铅型铁电陶瓷
BaTi2O5(简称BT2)粉体不含铅，是一种新型绿色环保的铁电材料，近几十年来，人们一直认为BT2 是一种顺电材料，其热稳定性差，高温易分解，当温度高于1150℃时分解为BaTiO3(BT)和Ba6Ti17O40(B6T17)。
直到2003年人们才发现了合成的BT2单晶具有优异的铁电性。
而采用浮区- 熔融法和淬火法合成的多晶体在475℃时，沿b 轴方向也显示出较高的介电性能。
但利用这些方法难以获得大尺寸的晶体，故很难在实际中应用。
因而，有必要采用常规的烧结方法来制备多晶BT2。
由于BT 2的热稳定性差，所以不能采用固相合成法获得单相的BT2粉体，只能采用液相合成法合成单相BT2 粉体。
5、反铁电陶瓷
锆锡钛酸铅Pb(Zr,Sn,Ti)O3(简称PZST)是一种反铁电陶瓷。
上世纪60年代末，美国Clevite 实验室在其开发的具有高压电性能的锆钛酸铅Pb(Zr,Ti)O3（简称PZT）压电材料基础上，针对PZT压电陶瓷机电转换能力不足的问题，研制出了一种具有大机电转换能力的新型有源材料—PZST 反铁电相变陶瓷，即通过对PZT基铁电材料掺杂改性得到能够在室温条件下由反铁电相被电场诱导转变成铁电相的PZST反铁电陶瓷，相变过程会产生大的体积应变量。
上世纪80 年代后期，具有大电致应变和大机电转换能力的PZST 反铁电陶瓷作为换能器或大位移致动器有源材料方面的研究工作逐步出现。
美国Pennsylvania 大学材料研究所开展了PZST反铁电陶瓷作为大位移致动器有源材料应用的可行性研究工作，针对“方宽”型电滞回线的PZST 反铁电陶瓷进行了一系列改性优化，降低相变场强，增大纵向应变量，最大纵向应变量达到0.85%（相变场强为48 kV/cm，电滞宽度为20 kV/cm），指出“方宽”型电滞回线的反铁电陶瓷在交变电场下表现出严重的电滞损耗，因而不适于交变状态下应用。
