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鐵電性與鐵電疇是什么?

日期:2021-04-13瀏覽:6450次

所謂鐵電性通常是指鐵電體的微觀結構性質。存在電滯回線、電疇結構、自發極化以及相應的晶胞形變(自發應變)、居里點、居里-外斯定律等是一般*的鐵電性可能表露出來的最重要的幾種宏觀性質。下面概括地介紹電介質的各種宏觀鐵電性質。

(一)鐵電疇

通常,一個鐵電體并不是在一個方向上單一地產生自發極化。

1.鐵電疇:一個自然形成鐵電單晶或鐵電陶瓷晶粒中出現的許多微小區域;每個區域中晶胞的電矩取向相同;而相鄰區域的電矩取向不同。這樣的區域稱為電疇。

2.疇壁:兩疇之間的界壁稱為疇壁。

晶體中的自發極化方向一般不相同,互相成90°或180°等角度。若兩個電疇的自發極化方向互成90°,則其疇壁叫90°。疇壁。此外,還有180°疇壁等。

180°疇壁較薄,一般為5-20埃,90°疇壁較厚一般為50-100埃。為了使體系的能量*低,各電疇的極化方向通常“首尾相連”。

3.電疇結構與晶體結構的關系

BaTiOa的鐵電相晶體結構有四方、斜方、菱形三種晶系,它們的自發極化方向分別沿[001],[011],[111]方向,除了90°。和180°疇壁外,在斜方晶系中還有60°和120°疇壁,在菱形晶系中還有71°,109°疇壁。

多晶體中每個小晶粒可包含多個電疇。由于晶體本身取向無規則,所以各電疇分布是混亂的,因而對外不顯示極性。單晶體,各電疇間的取向成一定的角度,如90°,180°。

 

4.電疇的形成及其運動的微觀機理

(1)電疇的形成

以BaTiO4為例。離子位移理論,認為自發極化主要是由晶體中某些離子偏離了平衡位置造成的。由于離子偏離了平衡位置,使得單位晶胞中出現了電矩。電矩之間的相互作用使偏離平衡位置的離子在新的位置上穩定下來,與此同時晶體結構發生了畸變。自發極化的產生由鈦、氧離子間的強耦合作用引起。

設中間部位的鈦離子因熱運動的漲落在某一瞬間向氧離子O1有微小位移,則又使氧離子向鈦離子靠攏,接著由于比較大的內電場力的傳遞,使自發極化首先沿Ti-O1離子線展開。

 

同時,由于電場力以及彈性力的傳遞,周圍的O2離子也被向下擠。如此,自發極化向橫向發展。橫向發展是間接的,比較弱,因此以上形成的疇核及其發展如針狀。最后的電疇圖案總是電場力與彈性力平衡的結果,整個體系保持能量*低。

(2)電疇“轉向”(電疇運動)

鐵電疇在外電場作用下,總是要趨向于與外電場方向一致。這形象地稱作電疇“轉向”。

①電疇運動的實現方式

是通過在外電場作用下新疇的出現、發展以及疇壁的移動來實現的。

②180°疇的“轉向”

在電場作用下,180°疇的“轉向”是通過許多尖劈形新疇的出現、發展而實現的。尖劈形新疇迅速沿前端向前發展。

③90°疇的“轉向”

雖然也產生針狀電疇,但主要是通過90°疇壁的側向移動來實現的。實驗證明,這種側向移動所需要的能量比產生針狀新疇所需要的能量還要低。

④180°疇與90°電疇的轉向的比較:

一般在外電場作用下(人工極化),180°疇:轉向比較充分,同時由于“轉向”時結構畸變小,內應力小,因而這種轉向比較穩定。

90°疇:轉向是不充分(例如BaTiO3陶瓷,90°疇只有13%轉向),轉向時引起較大內應力,所以這種轉向不穩定。當外加電場撤去后,則有小部分電疇偏離極化方向,恢復原位,大部分電疇則停留在新轉向的極化方向上,這叫剩余極化。

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