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功能陶瓷材料Z09016123 柴亚春功能陶瓷材料是指对电、磁、光、热、化学、生物等现象或物理量有很强反应，或能使上述某些现象或量值发生相互转化的陶瓷材料。
功能陶瓷是一类颇具灵性的材料，它们或能感知光线，或能区分气味，或能储存信息……因此，说它们多才多能一点都不过分．它们在电、磁、声、光、热等方面具备的许多优异性能令其他材料难以企及，有的功能陶瓷材料还是一材多能呢！而这些性质的实现往往取决于其内部的电子状态或原子核结构，又称电子陶瓷。
功能陶瓷分为电介质陶瓷，敏感陶瓷，导电陶瓷，、超导陶瓷，、磁性陶瓷。
1 电介质陶瓷电介质陶瓷：从电性能的角度分类，可将固体材料分为超导体、导体、半导体和绝缘体，绝缘体（材料）亦称电介质。
电介质陶瓷即是指电阻率大于10＾8Ωm的陶瓷材料，能承受较强的电场而不被击穿。
1.1电介质陶瓷的一般特性1）电绝缘与极化电介质陶瓷中的分子正负电荷彼此强烈地束缚，在弱电场的作用下，虽然正电荷沿电场方向移动，负电荷逆电场方向移动，但它们并不能挣脱彼此的束缚而形成电流，因而具有较高的体积电阻率，具有绝缘性。
由于电荷的移动，造成了正负电荷中心不重合，在电介质陶瓷内部形成偶极距，产生了极化。
2）极化与介电损耗电介质陶瓷的另一特性是介电损耗。
任何电介质在电场作用下，总会或多或少的把部分电能转变成热能使介质发热，在单位时间内因发热而消耗的能量称为损耗功率或简称介电损耗。
1.2电介质陶瓷的性能及分类电介质陶瓷在静电场或交变电场中使用，评价其特性主要指标有体积电阻率、介电常数和介电损耗等参数。
根据这些参数的不同，可把电介质陶瓷分为电绝缘陶瓷（即装置陶瓷）和电容器陶瓷。
按性质分别称为压电陶瓷、热释电陶瓷和铁电陶瓷。
1）电绝缘陶瓷电绝缘陶瓷又称为装置陶瓷，是在电子设备中作为安装、固定、支撑、保护、绝缘、隔离及连接各种无线电子原件及器件的陶瓷材料。
具有以下性质；a 高的体积电阻率， b 介电常数小，c 高频电场下的介电损耗要小， d 机械强度高，e 良好的化学稳定性2) 电容器陶瓷根据陶瓷电容器所采用陶瓷材料的特点，电容器分为温度补偿，温度稳定，高介电常数和半导体系四种类型。
铁电光伏效应介绍铁电光伏效应是指在某些铁电材料中，当受到光照时能够产生电荷分离和电压产生的现象。
这一效应被广泛研究，并被认为具有潜力成为新一代光伏材料。
本文将对铁电光伏效应进行全面、详细、完整且深入地探讨。
铁电材料铁电材料是具有铁电性质的材料。
铁电性是一种特殊的电性，在外电场作用下会发生自发极化。
常见的铁电材料有铁电陶瓷和铁电薄膜。
铁电材料具有独特的晶体结构，其中的铁电畴能够发生有序的反转。
光伏效应光伏效应是指在某些材料中，当受到光照时，能够将光能转化为电能的现象。
这一效应广泛应用于太阳能电池领域。
光伏效应的实现主要依靠半导体材料中的光生电荷分离和漂移。
铁电光伏效应原理铁电光伏效应的实现依靠铁电材料中的光生电荷分离和电场调控。
其原理如下：1.光生电荷分离：当铁电材料受到光照时，光子的能量被吸收，导致材料内部的电子-空穴对被激发出来。
这些电子-空穴对可以通过光生电荷分离机制，将光能转化为电能。
2.电场调控：铁电材料具有自发极化现象。
当受到外电场的作用时，铁电材料的铁电畴会发生有序的反转，导致产生电压。
因此，通过调控外电场，可以进一步增强铁电光伏效应。
铁电光伏材料的研究进展铁电光伏效应在能源领域具有重要的应用前景，因此受到广泛关注。
近年来，许多研究人员致力于寻找具有较高铁电光伏效应的材料，并进行相关研究。
以下是一些铁电光伏材料的研究进展：1.铁电陶瓷：铁电陶瓷是最常见的铁电光伏材料之一。
目前，研究人员已经成功开发出多种具有较高铁电光伏效应的铁电陶瓷材料，如铜钛矿结构的铁电陶瓷。
2.铁电薄膜：铁电薄膜是另一种被广泛研究的铁电光伏材料。
研究人员通过薄膜技术制备出具有铁电性质的薄膜材料，如钙钛矿结构的铁电薄膜。
这些薄膜材料具有优异的光伏性能，有望应用于光伏装置中。
3.多铁材料：多铁材料是一类同时具有铁电性和铁磁性的材料。
这些材料具有更为丰富的物理性质，通过调控外电场和外磁场，可以实现电、磁、光等多种功能，因此在铁电光伏领域也受到重视。
PZT95/05铁电陶瓷制备及其性能研究的开题报告【选题背景】铁电陶瓷是目前应用较为广泛的一类功能材料，在传感器、马达、声波器、医疗影像、储能器等领域都有广泛应用。
其中PZT系列陶瓷是比较典型的铁电陶瓷之一，在声学、电子、微机电系统（MEMS）等领域有着广泛的应用,如电声换能器、加速度计、气体传感器、高压发生器等。
本课题选取PZT95/05铁电陶瓷进行制备及性能研究，旨在探究其制备工艺参数对材料性能的影响，为该材料的应用提供基础的理论和实验研究。
【研究内容】1. PZT95/05陶瓷的制备工艺研究，包括原料制备、混合、成型、烧结等步骤；2. 对制备的PZT95/05陶瓷进行物理性能测量，包括相组成、晶体结构、微观形貌、压电性能等；3. 结合制备工艺参数和实验数据，探究其材料性能与制备工艺参数的关系，确定最佳的制备工艺；4. 分析PZT95/05陶瓷的应用前景及其未来的研究方向。
【研究意义】1. 通过制备PZT95/05铁电陶瓷深入探究其物理性质，为铁电陶瓷的研究提供一定的帮助；2. 研究陶瓷材料制备工艺对材料性能的影响，为工艺优化提供一个切入点；3. 推动陶瓷材料的发展，拓展其应用领域。
【研究方法】1. PZT95/05陶瓷的制备：选取高纯度的PbO、ZrO2和TiO2作为主要原料，按照一定比例配制，并在特定的工艺条件下进行混合、成型、烧结等处理；2. 分析制备的PZT95/05陶瓷的物理性能，主要包括X射线衍射、扫描电子显微镜、电学测试等；3. 结合实验结果，探究不同制备工艺参数对PZT95/05陶瓷性能的影响，并确定最佳的制备工艺。
【预期成果】1. 制备出一批PZT95/05铁电陶瓷并对其进行物理性质测量；2. 探究制备工艺参数对PZT95/05铁电陶瓷性能的影响以及最佳制备工艺的确定；3. 为PZT95/05铁电陶瓷的应用领域提供一定的实验数据和理论基础，促进陶瓷材料的发展。
压电陶瓷和铁电陶瓷的关系1. 压电陶瓷的奇妙世界你有没有想过，日常生活中有一些材料可以“听话”，能把压力变成电能？这就是压电陶瓷的神奇之处。
想象一下，当你用手指轻轻一按，这些小家伙就能产生电流，简直就像它们有自己的小脑袋一样！压电陶瓷主要由一些特殊的氧化物制成，比如二氧化钛。
这种材料不仅能感应压力，还能把它转换成电能，让我们在一些小设备中，像是传感器和扬声器，发挥重要作用。
比如说，当你按下手机屏幕，它就能准确反馈，这可离不开这些压电陶瓷的辛勤工作呢。
1.1 压电效应的原理说到压电效应，得好好聊聊它的原理。
简单来说，当压电陶瓷受到压力时，内部的电荷就会发生移动，形成电场。
这样一来，我们就可以利用这些微小的电场来驱动各种电子设备。
想象一下，就像你给小朋友讲故事，他们认真听着，突然被你吸引住一样，压电陶瓷也在悄悄地为我们提供电力。
这种神奇的转换过程，真是让人叹为观止，简直就像魔法一样！2. 铁电陶瓷的魅力不过，咱们今天不仅要聊压电陶瓷，铁电陶瓷也不容小觑哦！它们同样是陶瓷家族中的一员，尤其在电气领域大展拳脚。
铁电陶瓷的特别之处在于，它们不仅能储存电能，还能在特定的条件下反转极性。
这就好比是一个能随时改变主意的小孩，今天想要吃冰淇淋，明天却又想吃蛋糕。
铁电陶瓷的应用范围非常广泛，比如在计算机存储器中，它们的作用可是相当重要的。
2.1 铁电效应的魔力铁电效应就像是给铁电陶瓷装上了“变形金刚”的超能力。
它们可以在外部电场的影响下，改变自身的极性，从而储存大量的电能。
这种性质使得铁电陶瓷在电子器件中的使用越来越普遍。
就像你在生活中总会遇到一些变幻莫测的事情，有些事情的发生可能会让你感到意外，但铁电陶瓷却总能在关键时刻给你一个惊喜。
3. 压电与铁电：巧妙的关系那么，压电陶瓷和铁电陶瓷到底是什么关系呢？其实，它们就像是兄弟，虽然各有各的“绝活”，但又有着千丝万缕的联系。
压电陶瓷是利用机械应力来产生电信号，而铁电陶瓷则是通过电场影响来存储电能。
钛酸钡材料综述1.引言钛酸钡铁电陶瓷是20世纪中叶发展起来的一种性能卓越的介电材料，即便其发展时间较短，但其具有卓越的压电性能、介电性能及热释电性等，使其一跃成为功能陶瓷领域内极为重要的组成部分，并且其作为电子陶瓷元器件的基础材料，推动了电子工业的发展。
近些年，全球电子工业发展迅速，其高性能、高精度、小型化的特点对主要原料提出了更高的要求，这无形中也对钛酸钡铁电陶瓷的发展也提出了较高要求[1]。
在实际生产中，要求钛酸钡铁电陶瓷粉体超细、超纯，并对主要原料掺杂改性技术方面不断完善。
2.钛酸钡铁电陶瓷的主要制备技术钛酸钡铁电陶瓷材料的常用制备方法有固相合成法、液相合成法两大类。
针对每个大类的合成方法下面还包含了诸多支路，其具体操作各具特色。
传统固相合成法是一种常用的合成方法，但是由于该方法年代久远，因此所制备的产物粉体纯净度较低，且回收颗粒物体积大、化学活性较差，所以当前工业上使用该方法生产钛酸钡粉效果较差。
尤其是在电子产业中，对元件性能要求高，需要可靠、固态化、多功能性、多层化等高要求的元件。
面对此趋势，经过改进后的液相合成法可以达到较好的效果，液相合成法包括凝胶法、化学沉淀法、水热合成法等。
由于这些方法合成温度要求低且其各组分是在分子水平合成的，所以该方法制备出来得纯钛酸钡粉产物具有结晶性好、组成均匀、粒径可控、无团聚、纯度极高等优势，可充分发挥元器件的电子性能。
以钛酸四丁酯Ti(OC4H9)4(98．0％)、硝酸钡Ba(N03)：(99．5％)和草酸H2C204(99．5％)为初始原料，在微波温度为80℃，微波时间为10 min，煅烧温度为700℃和煅烧时间为1 h的条件下制备一定量晶粒尺寸在30—50 nm的BaTiO，纳米粉放入研钵中，用浓度5％作为粘合剂的PVA溶液制造颗粒，再用80～120目的筛子对颗粒进行筛选。
每次称取0．35 g左右的样品放入模具中，在10 MPa 的压力下对粉体进行干压成型，最后对瓷坯进行排胶、烧结等后续处理。
冲击应力下铁电陶瓷相变机制分析概述铁电陶瓷，具有优良的压电、铁电性能及丰富相变特征，被广泛应用于电子、航空、信息、能源和核工业等领域。
其中具有特定组分比例的PZT 95/5铁电陶瓷可以作为爆炸铁电体电源(ferroelectric generator-FEG)的核心功能材料，在航空、国防、军工、核技术领域有着特殊的用途，其对器件小型化、提高可靠性、长效性等方面具有显著优势。
本论文针对PZT95/5铁电陶瓷材料在冲击作用下的铁电-反铁电相变机制，利用LGD唯象理论并结合Kittel反铁电结构热力学模型，预测冲击应力对PZT95/5铁电材料相变时极化强度、介电、压电及弹性性能的影响，并与实验结果进行对比分析。
铁电陶瓷(Pb(Zr,Ti)O3)PZT95/5是指Zr和Ti的摩尔比在95/5附近、铁电相(FE)和反铁电相(AFE)共存的一类铁电功能性材料。
作为位于FE/AFE相界附近的PZT95/5铁电陶瓷材料，因其FE相和AFE相的Gibbs自由能较为接近，在施加适当的温度、压力或电场之后，能够引发FE AFE相变。
尤其是压力诱导FE AFE→相变，可以将与极化强度相关联的束缚电荷释放出来，实现力—电转换，且FE AFE→相变释放的电荷量，要远远大于传统意义上的压电效应，有着潜在的巨大工程应用背景，因此一直是铁电体研究领域的热点基础问题之一。
传统的高密度致密铁电陶瓷材料由于具有良好的力学与电学性能在实验室与应用领域得到了广泛研究。
目前压力载荷下诱导的致密PZT95/5陶瓷FE AFE→相变的研究大多数集中在静压加载情形，主要包括实验测试不同准静态加载方式（等静压[1-2]，一维应力[3-4]、剪应力[5]等）下铁电－反铁电相变过程中所伴随的宏观性质变化，如介电性能变化、应变、电荷释放率等特征。
也有学者实验测试温度[6]、电场[7-8]等外界因素对静压力诱导FE AFE→相变的影响，研究结果表明：温度增加降低相变转化压力，电场对铁电到反铁电相变具有抑制作用。
压电陶瓷的发展及其应用简介压电陶瓷是指把氧化物混合(氧化锆、氧化铅、氧化钛等)高温烧结、固相反应后而成的多晶体，并通过直流高压极化处理使其具有压电效应的铁电陶瓷的统称，是一种能将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料。
由于具有较好的力学性能和稳定的压电性能，压电陶瓷作为一种重要的力、热、电、光敏感功能材料，已经在传感器、超声换能器、微位移器和其它电子元器件等方面得到了广泛的应用。
随着材料工艺的不断研究和改良，以及电子、信息、航空航天等高科技领域日新月异的发展，作为含高智能新型材料的压电陶瓷的生产技术和应用开发是人们关注的热门课题。
压电陶瓷压电陶瓷是一类具有压电特性的电子陶瓷材料，与典型的不包含铁电成分的压电石英晶体的主要区别是：构成其主要成分的晶相都是具有铁电性的晶粒。
由于陶瓷是晶粒随机取向的多晶聚集体，因此其中各个铁电晶粒的自发极化矢量也是混乱取向的. 为了使陶瓷能表现出宏观的压电特性，就必须在压电陶瓷烧成并于端面被复电极之后，将其置于强直流电场下进行极化处理，以使原来混乱取向的各自发极化矢量沿电场方向择优取向经过极化处理后的压电陶瓷，在电场取消之后，会保留一定的宏观剩余极化强度，从而使陶瓷具有了一定的压电性质.发展历史1880年，居里兄弟首先发现电气石的压电效应，从此开始了压电学的历史。
1881年，居里兄弟实验验证了逆压电效应，给出石英相同的正逆压电常数。
1894年，Voigt指出，仅无对称中心的二十种点群的晶体才有可能具有压电效应，石英是压电晶体的一种代表，它被取得应用。
第一次世界大战，居里的继承人郎之万，最先利用石英的压电效应，制成了水下超声探测器，用于探测潜水艇，从而揭开了压电应用史篇章。
压电材料及其应用取得划时代的进展应归咎于第二次世界大战中发现了BaTiO3陶瓷，1947年，美国Roberts在BaTiO3陶瓷上，施加高压进行极化处理，获得了压电陶瓷的电压性，随后，日本积极开展利用BaTiO3压电陶瓷制作超声换能器、高频换能器、压力传感器、滤波器、谐振器等各种压电器件的应用研究，这种研究一直进行到50年代中期。
铁电、压电陶瓷及其应用在天然水晶（α石英晶体）的晶片上，若沿一定方向施加压力后，它的相应的两个面上就会带电（图1），这就是把机械能（压力）转变成了电能；相反，若将晶片放入交变电场中，晶片就会产生相应的形变而引起振动，也就是说把电能转变成了机械能。
这种机械能与电能相互转换的现象就叫压电效应，机械能转变为电能为正压电效应，电能转变为机械能为逆压电效应。
压电效应这种现象是1880年由法国的P-居里和J－居里兄弟首先发现的。
具有这种效应的晶体叫做压电晶体。
1894年，科学家沃伊特(Voigt)根据压电晶体的结构特征提出，在32种点群的晶体中，只有20种非中心对称点群的晶体才有压电效应。
在正压电效应中，单位面积产生的电荷数与应力成正比；在逆压电效应中，应变与电场强度成正比。
由图1可知，水晶晶体在不受力时，其正电荷中心与负电荷中心重合，整个晶体的总电矩为零，晶体表面不带电（图1a）.当晶体受力时,由于形变而导致正负电荷中心不再重合,晶体两端表面就带电了(图1b为受压,图1c为受拉),这种正负电荷中心不重合的现象叫做极化.也有少数压电晶体由于本身内部的特殊结构,在没有外电场的情况下就存在着极化现象,这样的极化为自发极化.这种具有自发极化的晶体中存在一些自发极化取向一致的微小区域,称为电畴.当其被放入电场中后,原来随机混乱取向的电畴就会沿电场方向取向,若电场再反向,自发极化单元也会跟着反向,其极化与电场的关系见图２,是一根回线,称之为电滞回线 ,与铁磁体的磁滞回线形状类似,所以人们把这类晶体称为铁电体(其实晶体中并不含有铁),这个回线就是铁电体的标志.显然 ,铁电体是压电体中的一种。
自然界中具有压电效应的压电晶体很多 ,但往往成为陶瓷材料以后不呈现压电性能,这主要是因为陶瓷是一种多晶体,由于其中各细小晶粒的紊乱取向,因而各晶粒间压电效应会互相抵消,宏观不呈现压电效应。
铁电陶瓷中虽存在自发极化，但各晶粒间自发极化方向杂乱因此宏观无极性。
材料工程基础课程 铁电陶瓷材料
院系：材料与冶金 专业：金属材料工程 班级：10-材料-1 学号：1061107127 姓名：周联邦 日期：2012-12-3 摘要：本文论述了铁电陶瓷的性质、原理、效应。着重介绍了几种具有代表性的铁电陶瓷材料的研究现状，以及人们在研究过程中产生的新问题。这几种材料主要包括层状铁电陶瓷，弛豫型铁电陶瓷，含铅型铁电陶瓷，无铅型铁电陶瓷，以及反铁电陶瓷材料。最后，对未来的研究与应用前景进行了展望。 关键词：铁电陶瓷；铁电性；性质；效应；钙钛矿；应用；研究 铁电陶瓷是指具有铁电性的陶瓷。材料在一定温度范围内能够自发极化，且自发极化能随外电场取向的性质。 铁电陶瓷特性 铁电陶瓷，主晶相为铁电体的陶瓷材料。 它的主要特性为： (1)在一定温度范围内存在自发极化，当高于某一居里温度时，自发极化消失，铁电相变为顺电相； (2)存在电畴； (3)发生极化状态改变时，其介电常数-温度特性发生显著变化，出现峰值，并服从Curie-Weiss定律； (4)极化强度随外加电场强度而变化，形成电滞回线； (5)介电常数随外加电场呈非线性变化； (6)在电场作用下产生电致伸缩或电致应变。 (7)电性能：高的抗电压强度和介电常数。低的老化率。在一定温度范围内介电常数变化率较小。介电常数或介质的电容量随交流电场或直流电场的变化率小。 铁电陶瓷原理 某些电介质可自发极化，在外电场作用下自发极化能重新取向的现象称铁电效应。具有这种性能的陶瓷称铁电陶瓷。铁电陶瓷具有电滞回线和居里温度。在居里温度点，晶体由铁电相转变为非铁电相，其电学、光学、弹性和热学等性质均出现反常现象，如介电常数出现极大值。1941年美国首先制成介电常数高达1100的钛酸钡铁电陶瓷。 主要的铁电陶瓷系统有钛酸钡-锡酸钙和钛酸钡-锆酸钡系高介电常数铁电陶瓷,钛酸钡-锡酸铋系介电常数变化率低的铁电陶瓷，钛酸钡-锆酸钙-铌锆酸铋和钛酸钡－锡酸钡系高压铁电陶瓷以及多钛酸铋及其与钛酸锶等组成的固溶体系低损耗铁电陶瓷等。铁电陶瓷的制造工艺大致相同。例如，钛酸钡系陶瓷用超纯、超细的等摩尔碳酸钡和二氧化钛原料混合均匀，在1150°C左右预烧成钛酸钡。加入少量为改善工艺和电性能所需要的附加剂，如产生阳离子缺位的三价镧、三价铋或五价铌离子附加剂，产生氧离子空位的三价铁、三价钪或三价铝离子，置换钡离子使晶格畸变的二价锶离子以及生成液相、降低烧成温度的氧化镁或二氧化锰等附加剂。经过粉磨或其他方法充分混合，用干压、辊压或挤压等方法成型，再在1350°C左右的氧化气氛中烧成。还可采用热压烧结，高温等静压烧结等方法，以提高产品的质量。 铁电陶瓷材料确定原则 铁电陶瓷配方的确定原则：先移后展，有所侧重；单独考虑，综合调整。 铁电陶瓷的三大效应 展宽效应、移动效应和重叠效应是铁电陶瓷改性的三大效应。 (1)铁电陶瓷居里峰的展宽效应 展宽效应：指铁电陶瓷的ε与温度关系中的峰值扩张得尽可能的宽旷平坦，即不仅使居里峰压低，而且要使峰的肩部上举，从而使材料既具有较小的温度系 数αε，又具有较大的ε值。 展宽效应的获得：前面介绍过相变扩散可使居里区展宽，但这不是唯一展宽效应，虽然成分起伏和结构起伏引起的相变扩散作用较明显，但要使居里峰能大幅展宽，又能具有较大的ε数值，还必须考虑其他效应。 固溶缓冲型展宽效应：引入展宽剂。 粒界缓冲型展宽效应：铁电陶瓷多晶结构的微粒化，也能起到明显的展宽效应。 (2)铁电陶瓷居里峰移动效应 铁电体居里点及其他转变点，随着组成成分的变化，作有规律地移动现象。 (3)铁电陶瓷重叠效应 当两个转变点相互靠近时，不仅两峰值的高度本身有所提高，且两峰之间的区段也提高，类似于两分立峰的叠加，因而又叫重叠效应。 (4)铁电陶瓷的疲劳与老化现象 铁电老化：初生产出来的铁电陶瓷，其某些介质参数会随储存时间逐渐变化，尤其是铁电特性变弱，这种现象就称为铁电老化。 铁电疲劳：初生产出来的铁电材料，在长时间的交变电场作用下，其铁电性随着电场交变次数的增加而削弱称为铁电疲劳。 铁电陶瓷的应用 铁电陶瓷材料是指具有铁电效应的一类材料，它是热释电材料的一个分支。 铁电陶瓷的特性决定了它的用途。利用其高介电常数，可以制作大容量的电容器、高频用微型电容器、高压电容器、叠层电容器和半导体陶瓷电容器等，电容量可高达 0.45μF/cm2。利用其介电常数随外电场呈非线性变化的特性，可以制作介质放大器和相移器等。利用其热释电性，可以制作红外探测器等。利用其压电性可制作各种压电器件。此外，还有一种透明铁电陶瓷，具有电光效应，可用于制造光阀、光调制器、激光防护镜和热电探测器等。 常见的铁电陶瓷多属钙钛矿型结构，如钛酸钡（BaTiO3）陶瓷及其固溶体，也有钨青铜型、含铋层状化合物和烧绿石型等结构。利用铁电陶瓷的高介电常数可制作大容量的陶瓷电容器； 利用其压电性可制作各种压电器件；利用其热释电性可制作红外探测器；通过适当工艺制成的透明铁电陶瓷具有电控光特性，利用它可制作存贮，显示或开关用的电控光特性。通过物理或化学方法制备的PZT、PLZT等铁电薄膜，在电光器件、非挥发性铁电存储器件等有重要用途。 目前，全球铁电元件的年产值己达数百亿美元。铁电材料是一个比较庞大的 家族，当前应用的最好的是陶瓷系列，其已广泛应用于军事和工业领域。但是由 于铅的有毒性及此类铁电陶瓷材料居里温度低、耐疲劳性能差等原因，应用范围 受到了限制。因此开发新一代铁电陶瓷材料己成为凝聚态物理、固体电子学领域 最热门的研究课题之一。 为此，本文对层状铁电陶瓷、弛豫型铁电陶瓷、含铅型铁电陶瓷、无铅型铁 电陶瓷以及反铁电陶瓷材料的研究现状和应用情况进行了综述，为未来的新型铁 电陶瓷的研究提供参考。 1 、层状铁电陶瓷 1.1 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系列。此系列的突出优点是剩余极化较大 Pr 、热处理温度较低。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。 该材料通式是(Bi2O2) 2+ n-1BnO3n+1)2-，（ A 为 +1、+2 或+3 价离子，B 为+ 3、+ 4 或+ 5 价离子，n 为类钙钛矿层中氧八面体 BO6 层数， 其中类钙钛矿层(An-1BnO3n+1)2-与铋氧层(Bi2O2)2+交替排列。 SrBi4Ti4O15（n=4 、n = 5 或 n = 7）陶瓷是铋系层状钙钛矿结构铁电陶瓷材料。 研究发现：其剩余极化较大，单晶极化强度方向沿 a 或 b 轴时，（2Pr=58μC/cm2），热稳定性能也比较好（居里温度为 520℃），另外，SBTi 陶瓷又是非铅系列材料，是一种比较有前途的铁电陶瓷材料。但是由于 Bi 容易挥发，在材料制 备和使用过程中容易成铋空位，从而形成氧空位，影响材料的抗疲劳性能和铁电 性能。为了满足实际应用的需要，需要提高和改进该系列材料的铁电性能，因此，国内外研究者在改变制备途径、制备方法以及调整材料的组分等方面作了不少研究。 共生结构铁电材料（IBLSFs）是利用两种钙钛矿层数只相差一层的Bi系层 状钙钛矿结构铁电材料组成 。BLSFs 的通式也是：（Bi2O2）2+（Am-1BmO3m+1）2-，其中 A 为 Bi、Ba、Sr、Nd 等，B 为 Ti、V、Nb、W 等。 IBLSFs 整个结构可以看作是半个层数为 m 和 m+1 的单元沿 c 轴方向交替排列而 成。由于其相对复杂的晶体结构和介电特性受到广泛的关注。其 Bi5TiNbWO15 （BW-BTN，m=1+2）是由 Bi2WO6（BW，m=1）和 Bi3TiNbO9（BTN，m=2）组构而成，在 c 轴方向上，m-1BmO3m+1）2-与（Bi2O2）2+层交替排列顺序为：„（Bi2O2）2+—（WO4）2-—（Bi2O2）2+—（BiTiNbO7）2-—（Bi2O2）2+„..。 在共生结构中，由于(Bi2O2)2+层两侧的类钙钛矿层不一样，(Bi2O2)2+层受到的作用力也 必然不同于层状钙钛矿结构，材料微观结构的复杂性大大提高。BW-BTN 中， （Bi2O2）2+层两侧的类钙钛矿层分别是 WO6 氧八面体和(Ti,Nb)O6 氧八面体， WO6 氧八面体中不存在单独的 A 位 Bi3+离子， 个 Bi3+离子都和(Bi2O2)2+层共用。 2 (Ti,Nb)O6 氧八面体中，1 个 Bi3+占据了 A 位，剩下 2 个 Bi3+与(Bi2O2)2+层相连。 所以，真正意义上的 A 位 Bi3+离子实际上只存在于(Ti,Nb)O6 氧八面体中，这是 BW-BTN 共生结构不同于其他共生的一个显著特点。目前的研究表明该共生结 构具有很高的电导率和明显的介电弛豫行为，但铁电和介电性能不够理想，这可能与材料内部复杂的缺陷机制有关。 2 、弛豫型铁电陶瓷 2.1 弛豫型铁电体 弛豫型铁电体是指顺电—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。该特征与结构玻璃化转变、自旋玻璃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，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。因此，对现有弛豫铁电体性能的优化以及新型 弛豫铁电体的合成，将具有重要的潜在应用价值，同时也是该领域的另一热点问 题。SrTiO3 是一种无污染的功能陶瓷材料，因此以 SrTiO3 为基础合成的新材料 有产业的优势。
