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铁电材料的分类

2020-10-13 16:59:26

铁电材料是指具有铁电效应的一类材料,它是热释电材料的一个分支。铁电材料及其应用研究已成为凝聚态物理、固体电子学领域最热门的研究课题之一。晶体,其原因在于他们具有相当优异的性能。许多电光晶体、压电材料就是铁电晶体。铁电晶体无论在技术上或理论上都具有重要的意义。

目前按产生传感、驱动功能的机制, 铁电陶瓷可分为3种。铁电测试公司带大家了解一下:

一、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10~35 μC/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

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二、弛豫型铁电陶瓷

弛豫型铁电体(relaxation ferroelectrics)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,其较大大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(spin glass)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(polar glass),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。

三、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,极大纵向应变量达到0.85%,相变场强为48 kV/cm,电滞宽度为20 kV/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。

高性能的铁电材料是一类具有广泛应用前景的功能材料,从目前的研究现状来看,对于具有高性能的铁电材料的研究和开发应用仍然处于发展阶段。研究者们选用不同的铁电材料进行研究,并不断探索制备工艺,只是到目前为止对于铁电材料的一些性能的研究还没有达到令人满意的地步。比如,用于制备铁电复合材料的陶瓷粉体和聚合物的种类还很单一,对其复合界面的理论研究也刚刚开始,铁电记忆器件抗疲劳特性的研究还有待发展。总之,铁电材料是一类具有广阔发展前景的重要功能材料,对于其特性的研究与应用还需要我们不断的研究与探索,并给予足够的重视.


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