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铁电性与铁电畴

发布时间:2021/4/13 10:51:51阅读人数:6420

 所谓铁电性通常是指铁电体的微观结构性质。存在电滞回线、电畴结构、自发化以及相应的晶胞形变(自发应变)、居里点、居里-外斯定律等是般公认的铁电性可能表露出来的重要的几种宏观性质。下面概括地介绍电介质的各种宏观铁电性质。

()铁电畴
通常,个铁电体并不是在个方向上单地产生自发化。
    1.铁电畴:个自然形成铁电单晶或铁电陶瓷晶粒中出现的许多微小区域;每个区域中所有晶胞的电矩取向相同;而相邻区域的电矩取向不同。这样的区域称为电畴。
    2.畴壁:两畴之间的界壁称为畴壁。
晶体中的自发化方向般不相同,互相成90°或180°等角度。若两个电畴的自发化方向互成90°,则其畴壁叫90°。畴壁。此外,还有180°畴壁等。
180°畴壁较薄,般为5-20埃,90°畴壁较厚般为50-100埃。为了使体系的能量低,各电畴的化方向通常“尾相连”。
3. 电畴结构与晶体结构的关系
BaTiOa的铁电相晶体结构有四方、斜方、菱形三种晶系,它们的自发化方向分别沿[001],[011],[111]方向,除了90°。和180°畴壁外,在斜方晶系中还有60°和120°畴壁,在菱形晶系中还有71°,109°畴壁。
    多晶体中每个小晶粒可包含多个电畴。由于晶体本身取向无规则,所以各电畴分布是混乱的,因而对外不显示性。
    单晶体,各电畴间的取向成定的角度,如90°,180°。

 
 
4. 电畴的形成及其运动的微观机理
(1)电畴的形成
以BaTiO,为例。离子位移理论,认为自发化主要是由晶体中某些离子偏离了平衡位置造成的。由于离子偏离了平衡位置,使得单位晶胞中出现了电矩。电矩之间的相互作用使偏离平衡位置的离子在新的位置上稳定下来,与此同时晶体结构发生了畸变。

 
 
自发化的产生由钛、氧离子间的强耦合作用引起。
设中间部位的钛离子因热运动的涨落在某瞬间向氧离子O1有微小位移,则又使氧离子向钛离子靠拢,接着由于比较大的内电场力的传递,使自发化先沿Ti-O1离子线展开。


 
同时,由于电场力以及弹性力的传递,周围的O2离子也被向下挤。如此,自发化向横向发展。横向发展是间接的,比较弱,因此以上形成的畴核及其发展如针状。后的电畴图案总是电场力与弹性力平衡的结果,整个体系保持能量低。

 
 
 
(2)电畴“转向”(电畴运动)
铁电畴在外电场作用下,总是要趋向于与外电场方向致。这形象地称作电畴“转向”。
①电畴运动的实现方式
是通过在外电场作用下新畴的出现、发展以及畴壁的移动来实现的。
    ②180°畴的“转向”
    在电场作用下,180°畴的“转向”是通过许多尖劈形新畴的出现、发展而实现的。尖劈形新畴迅速沿端向发展。
    ③90°畴的“转向”
虽然也产生针状电畴,但主要是通过90°畴壁的侧向移动来实现的。实验证明,这种侧向移动所需要的能量比产生针状新畴所需要的能量还要低。

 
 
    ④180°畴与90°电畴的转向的比较:
    般在外电场作用下(人工化),180°畴:转向比较充分,同时由于“转向”时结构畸变小,内应力小,因而这种转向比较稳定。
90°畴:转向是不充分(例如BaTiO3陶瓷,90°畴只有13%转向),转向时引起较大内应力,所以这种转向不稳定。当外加电场撤去后,则有小部分电畴偏离化方向,恢复原位,大部分电畴则停留在新转向的化方向上,这叫剩余化。

原创作者:北京华测试验仪器有限公司

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