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热释电与铁电性能的自发极化及其微观机制

日期:2020-07-10浏览:646次

         在晶体中,如果晶胞中由于晶格结构对称性原因使正负电荷中心不相重合,即每一个晶胞具有一定的固有偶极矩时,由于晶体构造的周期性和重复性,晶胞的固有偶极矩便会沿同一方向排列整齐,使晶体处于高度极化状态下。这种极化状态是在外电场为零时自发产生的,因而称为自发极化。具有自发极化的晶体必然是个带电体,在晶体内外空间建立电场,其电场强度取决于自发极化强度。

      非极性晶体从弹性能的角度考虑是稳定的,那么为什么其中会出现阴、阳离子的位移从而出现自发极化呢?其原因可以简单地阐述如下。假设偶极子起源于电荷为q的一种A离子在晶格中的位移,则极化起因于晶格中所有的A离子作了相同的位移,这就导致了对于任何一个单个的A离子,即使无外场作用,也总有来自周围极化P所产生的局部电场作用其上。局部电场形成的基本原理示于下图,其大小可用下式计算

 

       这里需要指出,用实验方法很难发现具有自发极化的晶体所带电荷,这是因为自发极化建立的电场吸引了晶体内部和外都空间的异号自由电荷,在晶体表面形成一个表面电荷层,结果自发极化建立的表面束缚电荷被吸引来的表面自由电荷所屏蔽。但是,改变温度或者施加应力产生变形时,由于离子间距和键角发生变化,自发极化强度也将发生变化。这时被自发极化束缚在表面的自由电荷层就有一部分可以恢复自由而放出来,使晶体呈现出带电状态或在闭合电路中产生电流。这就是热释电效应和压电效应。

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