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铁电体的特性

日期:2020-07-15浏览:323次

  在热释电晶体中,有若干种点群的晶体不但在某温度范围内具有自发极化,且自发极化有两个或多个可能的取向,在不超过晶体击穿电场强度的电场作用下,其取向可以随电场改变,这种特性称为铁电性,具有这种性质的晶体称为铁电体。大量实验表明,描述铁电体的物理性质(如极化强度、热释电系数、压电常数等)与外电场E之间的滞后关系曲线就是电滞回线(ferroelectric hysteresis),类似于铁磁体的磁滞回线。除此之外,铁电体与铁磁体在许多其他物理性质上也是具有一一相对应的类似,如电畴对应磁畴,顺电铁电相变对应于顺磁-铁磁相变,电矩对应磁矩,所以历史上就将这类具有电滞回线的晶体称为铁电体。铁电体的共同特性为:①具有电滞回线;②具有结构相变温度,即居里点;③具有临界特性。分述如下。
 
  (1)电滞回线
 
  自发极化仅仅是晶体具有铁电性的必要条件,铁电体的重要特性之一是具有电滞回线。铁电体的典型P-E电滞回线如图所示,它表明,铁电体的极化强度P与外加电场E之间呈非线性关系,且极化强度随外电场反向而反向。极化强度的反向源于铁电体内部存在的电畴反转。这里为了讨论简化,以单晶体为例,假定自发极化的取向只有两种可能,即沿某晶轴的正向和负向,施加的外电场方向平行于极化轴。当场的总电矩为零时,晶体中相邻电畴的极化方向相反,晶体的总电矩为零。当施加逐渐增加的外电场时,自发极化方向与电场方向相反的那些电畴体积将由于电畴的反转而逐渐减小,与电场方向相同的那些电畴则逐渐扩大,于是,铁电晶体在外场方向的极化强度随电场增加而增加,如图的OA段曲线所示。当电场增大到足够使晶体中所有反向电畴均反转到外场方向时,晶体变成单畴体,晶体的极化达到饱和,如图中C附近部分所示。此后电场再增加,与一般
 
18℃之间为铁电相,其他温度为顺电相,因此,24℃称为它的上铁电 居里温度,-18℃为它的下铁电居里温度。
 
  晶体的顺电相和铁电相在晶体的对称性方面有着关系。通常,高温的顺电相总是对称性较高的结构,称为铁电体的原型结构,随着温度的降低,某些对称要素要消失,晶体便可能转变为铁电相。因此,晶体的各种铁电相实际上是某种原型结构对称性发生逐次递降而形成的亚群。
 
  (3)临界特性
 
  晶体在发生顺电-铁电相变或其它极化状态发生变化的结构相变时,晶体的一系列物理性质发生反常变化。例如,晶体的介电性质、弹性、压电性、光学性质、热学性质等大都出现明显的改变。晶体在相变点附近所发生的各种性能反常变化通称为临界现象。晶体的临界现象包含了许多有关铁电现象本质和晶体内部各种物理过程的重要信息。临界现象对于材料的实际应用也有很重要的意义。
 

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