武汉理工大学：《材料物理学》课程教学资源（PPT课件讲稿）第七章 铁电物理

第七章铁电物理 本章提要 铁电体物理学研究的核心问题是自发极化。 本章主要介绍有关铁电体物理学的一些基本 概念;自发极化产生的机制;铁电相变与晶 体的结构变化;极化状态在各种外界条件下 的变化,即介电响应、压电、热释电、电致 伸缩、光学效应等;最后适当介绍铁电物理 效应的实验研究

第七章 铁电物理 本章提要 铁电体物理学研究的核心问题是自发极化。 本章主要介绍有关铁电体物理学的一些基本 概念；自发极化产生的机制；铁电相变与晶 体的结构变化；极化状态在各种外界条件下 的变化，即介电响应、压电、热释电、电致 伸缩、光学效应等；最后适当介绍铁电物理 效应的实验研究

7.1铁电物理的一般性质 铁电体是指在某温度范围具有自发极化,而且 极化强度可以随外电场反向而反向的晶体。 同铁磁体具有磁滞回线一样,铁电体具有电磁 滞回线

7.1铁电物理的一般性质 铁电体是指在某温度范围具有自发极化，而且 极化强度可以随外电场反向而反向的晶体。 同铁磁体具有磁滞回线一样，铁电体具有电磁 滞回线

热释电晶体是具有自发极化的晶体,但因受 到表面电荷等的抵偿作用,其电矩不能显现 出来。只有当温度改变,电矩发生变化(电 矩有异于零的温度系数)不能被抵偿时,才 显现其固有的极化。热释晶体亦因此而得名

热释电晶体是具有自发极化的晶体，但因受 到表面电荷等的抵偿作用，其电矩不能显现 出来。只有当温度改变，电矩发生变化（电 矩有异于零的温度系数）不能被抵偿时，才 显现其固有的极化。热释晶体亦因此而得名

般的,晶体的压电性质及自发极化性质都是 由晶体的对称性决定的,可是对于铁电体,外 电场能使自发极化反向的特征不能由晶体的结 构来预期,只能通过电滞回线的测定(或介电 系数的测定)来判断。 电滞回线表示铁电晶体中存在电畴;对晶轴来 说每个电畴中的极化强度有一定的方向

一般的，晶体的压电性质及自发极化性质都是 由晶体的对称性决定的，可是对于铁电体，外 电场能使自发极化反向的特征不能由晶体的结 构来预期，只能通过电滞回线的测定（或介电 系数的测定）来判断。 电滞回线表示铁电晶体中存在电畴；对晶轴来 说每个电畴中的极化强度有一定的方向

当温度高于某一临界温度Tc时,晶体的铁电 性消失,而且晶格结构也发生转变,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 多物理性质皆成反常现象。对于第一级相变, 伴随有潜热发生,对于第二级相变,则出现比 热的突变。铁电相中自发极化强度是和晶体的 自发电致形变相关的,所以铁电相的晶格结构 的对称性要比非铁电相低

当温度高于某一临界温度Tc时，晶体的铁电 性消失，而且晶格结构也发生转变，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 多物理性质皆成反常现象。对于第一级相变， 伴随有潜热发生，对于第二级相变，则出现比 热的突变。铁电相中自发极化强度是和晶体的 自发电致形变相关的，所以铁电相的晶格结构 的对称性要比非铁电相低

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才是居里 点,而把铁电体发生相变时的温度统称为过 渡温度或转变温度。 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。铁电体 在过渡温度附近介电系数具有很大的值, 数量级达到104105

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才是居里 点，而把铁电体发生相变时的温度统称为过 渡温度或转变温度。 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。铁电体 在过渡温度附近介电系数具有很大的值， 数量级达到104~105

当温度高于居里点时,介电系数随温度变化 的关系遵守居里一外斯定律: C 式中因为特性温度,它一般略低于居 里点;c称为居里常数;而代表电子极 化对介电常数的贡献,在过渡温度时 可以忽略

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： +  − =    T c 式中 为特性温度，它一般略低于居 里点；c称为居里常数；而代表电子极 化对介电常数的贡献，在过渡温度时 可以忽略。 

具有铁电的晶体可以分为两大类 一类是以磷酸二氢钾为代表的,具有氢 键,它们从顺电相到铁电相的过渡是无 序到有序的相变 另一类则以钛酸钡为代表的,从顺电相 到铁电相的过渡,是由于其中两个子晶 格发生相对位移

具有铁电的晶体可以分为两大类 一类是以磷酸二氢钾为代表的，具有氢 键，它们从顺电相到铁电相的过渡是无 序到有序的相变 另一类则以钛酸钡为代表的，从顺电相 到铁电相的过渡，是由于其中两个子晶 格发生相对位移

铁电相是极化的有序状态,顺电相是极化的 无序状态;顺电相所在的温度恒比铁电相所 在的温度高 反电体是铁电晶体的同素异形体,其晶体结 构与铁电体有密切关系。当温度降低时,晶 体有小量畸变。结构亦从较高的转向较低的 对称性。和铁电体不同的是,在每个电畴中 电极化取两个相反的方向(即两个相等的子 晶格沿相反方向极化),因此并不具有净电 矩

铁电相是极化的有序状态，顺电相是极化的 无序状态；顺电相所在的温度恒比铁电相所 在的温度高 反电体是铁电晶体的同素异形体，其晶体结 构与铁电体有密切关系。当温度降低时，晶 体有小量畸变。结构亦从较高的转向较低的 对称性。和铁电体不同的是，在每个电畴中 电极化取两个相反的方向（即两个相等的子 晶格沿相反方向极化），因此并不具有净电 矩

7.2铁电体的电畴与电滞回线 、铁电体的电畴 1.自发极化 2.热释电体与铁电体 3.电畴结构 二、铁电体电滞回线 1.铁电体的电滞回线2.铁电体的极化处理 3.极化的非线性

7.2 铁电体的电畴与电滞回线 一、铁电体的电畴 二、铁电体电滞回线 1. 自发极化 2. 热释电体与铁电体 3. 电畴结构 1.铁电体的电滞回线 2. 铁电体的极化处理 3. 极化的非线性