什么是弛豫铁电体
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发布时间：2022-04-22 08:30
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时间：2022-06-18 16:22
其最基本的特性为在某些温度范围会具有自发极化，而且极化强度可以随外电场反向而反向，从而出现电滞回线。 极化强度P和外电场E间的关系构成电滞回线。一般而言，晶体的压电性质与自发极化性质都是由晶体的对称性决定的，可是对于铁晶体管，外电场能使自发极化反向的特征却不能由晶体的结构来预测，只能透过电滞回线的测定（或介电系数的测定）来判断。
电滞回线表示铁晶体管中存在domain。铁晶体管通常是由许多称为domain的区域所组成，而在每一个domain里面有相同的极化方向，而与邻近的domain其极化方向不同。如果是多晶体，由于晶粒本身的取向是任意的，不同domain中极化强度的相对取向可以是没有规律的。但若是单晶体，不同domain中极化强度取向之间存在着简单的关系。为明确起见，这里只考虑单晶体的电滞回线，并且设极化强度的取向只有两种可能，亦即沿某轴的正向或负向。
假设在没有外电场的存在下，晶体的总电矩为零，及晶体的两类domain中极化强度方向互为相反平行。当外电场施加于晶体时，极化强度沿电场方向的domain变大，而与其反平行方向的domain则变小。这样，极化强度P随外电场E增大而增大，如图中OA段曲线所示。电场强度的继续增大，最后使晶体只具有单个的domain，晶体的极化强度达到饱和，这相当余图中C附近的部分，将这线性部分推延至外场为零的情形，在纵轴P上所得的截距称为饱和极化强度（即E点）。实际上，这也是每个domain原来已经存在的极化强度。因此饱和极化强度是对每个domain而言的。如电场自图中C处开始降低，晶体的极大P值亦随之减小，但在零电场时，仍存在剩余极化强度（即D点）。必须注意，剩余极化强度是对整个晶体而言的。当点场反向达到矫顽电场强度时（即F点），剩余极化全部消失，反向电场的值继续增大时，极化强度反向。如果矫顽电场强度大于晶体的击穿场强，那么在极化反向之前晶体已被电击穿，便不能说该晶体具有铁电性。 当温度高于某一临界温度时，晶体的铁电性消失，并且晶格亦发生转变，这一温度是铁电体的居里点。由于铁电性的出现或消失，总伴随着晶格结构的改变，所以这是个相变过程。当晶体从非铁电相（称顺电相）向铁电相过渡时，晶体的许多物理性质皆呈反常现象。对于一阶相变常伴随有潜热的发生，对于二阶相变则出现比热的突变。铁电相中自发极化强度是和晶体的自发电致形变相关，所以铁电相的晶格结构的对称性要比非铁电相（顺电相）的低。如果晶体具有两个或多个铁电相时，表征顺电相与铁电相之间的一个相变温度，统称为过渡温度或转变温度。（在此附近时，介电系数常有迅速陡降的现象）。
由于极化的非线性，铁电体的介电系数不是常数，而是依赖于外加电场的，一边，以电滞回线中OA曲线在原点的斜率来代表介电系数，即在测量介电系数ε时，所加的外电场很小。铁电体在过渡温度附近，介电系数ε具有很大的值，数量级达到 ～ ，当温度高于居里点时，介电系数随温度变化的关系遵守居里-外斯定律：
式中 称为特性温度，他一般略低于居里点，C称为居里常数，而 代表电子极化对介电系数的贡献，在过渡温度时， 可以忽略。
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时间：2022-06-18 16:23
1、层状铁电陶瓷
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大约10~35μC/cm2、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。该材料通式是(Bi2O2)2+An-1BnO3n+1)2-其中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，简称SBTi，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
[1]热稳定性能也比较好，居里温度为520℃。
[2]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。
2、弛豫型铁电陶瓷
弛豫型铁电体（relaxationferroelectrics）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（spinglass）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（polarglass），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。研究发现在SrTiO3中引入Bi离子产生了典型的铁电弛豫行为，并对其进行了介电谱测量，但是最低测量频率为100Hz。而一般认为，玻璃化转变的特征时间50~102s，所以在更低的频率范围内对极性玻璃体的介电谱测量，无疑对理解其玻璃化转变机制是有价值的。
3、反铁电陶瓷
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48kV/cm，电滞宽度为20kV/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。
