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铁电体的电致伸缩效应

日期:2020-07-21浏览:479次

   电致伸缩效应是指介电体在电场作用下,由诱导极化而引起的形变。试验表明,当外电场较大时,诱导极化所引起的应变与极化强度的平方成正比,它是一种平方效应。电致伸缩效应的形变与外电场的方向无关。

   前已述及,逆压电效应只产生于压电体,形变与外电场呈线性关系,而且随外电场反向而改变符号。所以,电致伸缩效应和逆压电效应有着明显的差异,这二者之间不能混淆。由热力学关系,可以得到铁电体的电致伸缩方程为

 

式中,SPij为极化强度恒定时的弹性柔顺系数;Qimn为电致伸缩常数,它是一个四阶张量;βTmn为自由介电隔离率,它是对称二阶张量;表示介电体的电场随电位移矢量变化的系数,即

 

弛豫型(或扩散型相变)铁电体具有很高的电致伸缩效应,在外电场诱导下形成的应变x(△l/l)与电场E(或极化P)之间的关系可简单地表示为x=ME2(或QP2),Q(或M)为电致伸缩系数,亦可用x=QC2来表达,其中C为居里一外斯常数。尽管弛豫铁电体具有较小的电致伸缩系数Q值,但具有很高的介电常数,可以达到104以上,远大于一般常用的PZT和BaTiO3基压电陶瓷,且随温度的变化比较平缓。在介电常数的极值温度上下,只需施加不大的电场,便能诱发出很高的极化强度,其值接近材料所固有的自发极化强度,然而当电场去除后,材料却不像正常铁电体那样仍存在剩余极化,因而也没有压电效应。注意到铁电体本身由于结构方面的特征,自发地处在高度极化状态,极化强度值要比普通电介质在接近于击穿电场下的数值高得多。而电致伸缩应变是和材料极化强度的平方成正比的,这就是弛豫型铁电体有很高的电致伸缩效应的原因。例如,以铌镁酸铅为代表的一大类弛豫型铁电陶瓷在相当宽的温度范围内具有很大的电致伸缩效应,应变量可达10-3以上,如图为该材料的应变电场曲线。

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