铁电体

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铁电体是某些晶体在一定的温度范围内具有自发极化,而且其自发极化方向可以因外电场方向的反向而反向,晶体的这种性质称为铁电性,具有铁电性的晶体称为铁电体。

中文名称
铁电体
解释
晶体的这种性质称为铁电性
相变
n级相变是这样一种相变
外文名称
ferroelectric
分类
铁电体的分布很广
学科
材料工程

1定义

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铁电体是指具有铁电性的材料。铁电体在压电、介电、热释电和电致伸缩等方面有许多应用。具有铁电性的材料种类很多,有单晶、多晶、无机和有机等。钛酸钡钛酸铅铌酸钾等是典型的铁电体。

2简介

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某些晶体在一定的温度范围内具有自发极化,而且其自发极化方向可以因外电场方向的反向而反向,晶体的这种性质称为铁电性,具有铁电性的晶体称为铁电体。它之所以称为铁电体,是因为它与铁磁体在许多物理性质上有一一对应之处,如电滞回线对应磁滞回线,电畴对应磁畴,顺电-铁电相变对应顺磁-铁磁相变、电矩对应磁矩等等,而并非晶体中一定含有“铁”。至于一种晶体是否是铁电体,我们并不能根据其内部结构的对称性来预测,只能通过实验来测定。铁电体的重要特征之一是具有电滞回线,电滞回线的存在是判定晶体为铁电体的重要根据。
电滞回线电滞回线

3简史

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1655年,法国 La Rochelle 地方的药剂师 Pierre de la Seignette 最早制造出了酒石酸钾钠,这种晶体后来被称作为 RS(罗息)盐。和磁性现象的类比,把 Seignette 电性称为铁电性,而具有铁电性的物体被称为 Seignette 体或铁电体。

4分类

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铁电体的分布很广,日前已知具有铁电性的晶体多达上千种。它们广泛地分布于从立方晶系到单斜晶系的10个点群中。
一、按结晶化学分类
1.双氧化物铁电体
这是一类最重要的铁电体,均具有氧八面体的结构特征。按不同的结构有课分成下列五族。
(1)钙钛矿型结构
(2)钨青铜型结构
(3)铌酸锂型结构
(4)烧绿石型结构
(5)含铋层状结构
2.非氧化物铁电体
这是一类不含氧的无机铁电体。
3.氢键铁电体
这类铁电体的共同特点是包含O-H-O或N-H-O形成的氢键,为水溶性晶体。
二、按铁电体顺电相有无压电性分类
1.在顺电相没有中心对称的晶体
它们在顺电相虽无铁电性,但因为没有对称中心,因此具有压电性,如 RS 盐。
2.在顺电相有中心对称的晶体
它们的顺电相由于存在对称中心,故无压电性,如钛酸钡类晶体。
三、根据铁电体极性轴的数目分类
1.只有一根极性轴的铁电体,如硫酸铵晶体。
2. 可有有多根极性轴的铁电体,如钛酸钡类晶体。
四、按铁电体的力学性质和热学性质分类
1. “软”性铁电体
这一类铁电体的特点是可溶于水,力学性质软,居里温度低,具有较低的熔化温度或分解温度,如磷酸二氢钾类晶体。
2. “硬”性铁电体
其特征是不溶于水,力学性质硬,居里温度高,熔化温度高等,如双氧化物铁电体晶体。
五、按相转变的微观机制分类
1. 位移型铁电体
这类晶体由顺电相到铁电相得相转变与离子的位移紧密相联系。
2.有序-无序铁电体
这类晶体的顺电-铁电相变是同晶体中氢离子有序化相联系,主要是包括有氢键的晶体。
六、按居里-外斯常数的大小分类
1. 居里-外斯常数 c 为105数量级的铁电体,这类铁电体的相转变机构属于位移型,如钛酸钡类铁电体。
2. c 为103数量级的铁电体,这类铁电体的微观相变机构属于有序-无序型,如磷酸二氢钾他的晶体。
3. c 为10 数量级的铁电体,如硫酸铵晶体。

5相变

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Ehrenfest 首先提出了相变级的广义定义:n 级相变是这样一种相变,即其吉布斯自由能G的 (n-1) 阶导数在相变温度是连续的,而其 n 阶导数在相变温度是不连续的。
根据压电热力学方程,可以知道:在一级相变中,熵 S 、应变 x 、极化强度 P 在居里点Tc 处的变化是不连续的;在二级相变中,熵 S 、应变 x 、极化强度 P 在居里点 Tc 处的变化是连续的,而比热 C 、热膨胀系数α 、热释电系数 p 在 Tc 处是不连续的。
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