晶体的自发极化与铁电性质铁电体与电畴
晶体的自发极化与铁电性质 铁电体与电畴
热释电体与铁电体》热释电体有自发极化强度，即每个晶胞都具有大小相等的非零电偶极矩，自发极化只能出现在晶体的某几个特定晶向上的一个方向上，热释电体的自发极化强度很高，处于极度极化状态，外电场即使是击穿电场，很难使热释电体自发极化沿着空间的任意方向定向，但有少数热释电体，其自发极化强度量在外电场作用下由原来取向转变到其它能量较低的方向，这种热释电体称铁电体。铁电体的微观结构决定了有许多特殊的宏观性质，从而区别于普通电介质，在32种点群中，不具对称中心的20种点群有压电性，在压电晶体中，具有唯一单轴的晶体（10种点群才有热释电性，具有自发极化，若自发极化量在电场作用下重新取同，就是铁电晶体，具有铁电性的晶体，必定有热释电性和压电性，有热释电性的晶体，必定有压电性，却不一定有铁电性。铁电体是热释电体一个亚族，热释电体是压电体的一个亚族
热释电体与铁电体 ➢ 热释电体有自发极化强度，即每个晶胞都具有大小相等的非零电 偶极矩，自发极化只能出现在晶体的某几个特定晶向上的一个方 向上，热释电体的自发极化强度很高，处于极度极化状态，外电 场即使是击穿电场，很难使热释电体自发极化沿着空间的任意方 向定向，但有少数热释电体，其自发极化强度矢量在外电场作用 下由原来取向转变到其它能量较低的方向，这种热释电体称铁电 体。 ➢ 铁电体的微观结构决定了有许多特殊的宏观性质，从而区别于 普通电介质，在３２种点群中，不具对称中心的２０种点群， 有压电性，在压电晶体中，具有唯一单轴的晶体（１０种点群） 才有热释电性，具有自发极化，若自发极化矢量在电场作用下 重新取向，就是铁电晶体，具有铁电性的晶体，必定有热释电 性和压电性，有热释电性的晶体，必定有压电性，却不一定有 铁电性。 铁电体是热释电体一个亚族，热释电体是压电体的一个亚族
电畴结构铁电体晶胞中的电矩自发出现有若于可能取向，这样对铁电单晶或铁电陶瓷晶粒中出现许多微小的区域，每个区域中所有晶胞的电矩取向相同而相邻区域电矩取向不同，这些取向各异的自发极化建立的退极化电场抵消，直到整个晶体内、外不呈现宏观电场。这种因自发极化方向相同的晶胞所组成的小区域称电畴，分隔相邻电畴的界面称畴壁[001][010](b)罗息盐的电畴(a)单畴晶体对称性属点群2(b）多畴晶体,对称性属点群222,畴壁沿(010)和(001)面铁电体中电畴是不能在空间任意取向，只能沿晶体的某几个特定晶向取可，电畴所能充许的晶向取决于该种铁电体原型结构的对称性，即在铁电体的原型结构中与铁电体极化轴等效的轴向
电畴结构 ➢ 铁电体晶胞中的电矩自发出现有若干可能取向，这样对铁电单晶或铁电 陶瓷晶粒中出现许多微小的区域，每个区域中所有晶胞的电矩取向相同， 而相邻区域电矩取向不同，这些取向各异的自发极化建立的退极化电场 抵消，直到整个晶体内、外不呈现宏观电场。这种因自发极化方向相同 的晶胞所组成的小区域称电畴，分隔相邻电畴的界面称畴壁 ➢ 铁电体中电畴是不能在空间任意取向，只能沿晶体的某几个特定 晶向取 向，电畴所能允许的晶向取决于该种铁电体原型结构的对称性，即在铁 电体的原型结构中与铁电体极化轴等效的轴向。 罗息盐的电畴(a) 单畴晶体,对称性属点群2 (b) 多畴晶体,对称性属点群222,畴壁沿(010)和(001)面
电畴结构180°畴壁和90°畴壁Domain structure isformed byc-domain wedges in preferentially000.020:010.030.010.020.030-0a-domainmaterialSurface potentialTopographyDomain structure isformed bya-domainwedgesinpreferentially10.91.00.028-0c-domain materialTopographySurface potential
电畴结构 180畴壁和90畴壁
电畴结构自发极化有六个可能的取向：平行或反平行原型相的三个立方轴之一:[100],[100],[010],[0 10],[001],[001]室温下BaTiO晶体的电畴共有两大类：自发极化方向反平行的180°电畴和互相垂直的90°电畴，由于四方铁电晶体极化轴为C轴，晶胞沿C轴方向伸长约1%，而在垂直C轴的a轴方向收缩，约为1.01，当温度下降到5C晶胞结构变为正交对称，仍为铁电相，但电矩转变到相应于原型相[0111方向或与此等效的共12个等效方向之一的取向，相邻电畴自发极化强度有60和120畴壁，当温度再降到-80C附近，晶胞结构变为三方对称，自发电矩相应于原型相的1111等八个等效方向之一取向，相邻电畴自发极化有71和109畴壁，随着铁电体自发极化的建立，晶体将沿自发极化的方向伸长，因为电致伸缩是所有介质中都普遍存在的效应，并在垂直于自发极化方向收缩，这种在没有外应力存在时出现的应变称自发应变，自发应变的存在，使90畴壁两侧的自发极化方向不严格正交，实测约为88°30°
电畴结构 ➢ 自发极化有六个可能的取向：平行或反平行原型相的三个立方轴之 一: 室温下BaTiO3晶体的电畴共有两大类：自发极化方向反平行的180o电畴和互相垂直的 90o电畴，由于四方铁电晶体极化轴为C轴，晶胞沿C轴方向伸长约1%，而在垂直C轴 的a轴方向收缩，约为1.01，当温度下降到5 oC晶胞结构变为正交对称，仍为铁电相， 但电矩转变到相应于原型相[011]方向或与此等效的共12个等效方向之一的取向，相邻 电畴自发极化强度有60o和120o畴壁，当温度再降到-80oC附近，晶胞结构变为三方对 称，自发电矩相应于原型相的[111]等八个等效方向之一取向，相邻电畴自发极化有 71o和109o畴壁，随着铁电体自发极化的建立，晶体将沿自发极化的方向伸长，因为电 致伸缩是所有介质中都普遍存在的效应，并在垂直于自发极化方向收缩，这种在没有 外应力存在时出现的应变称自发应变，自发应变的存在，使90o畴壁两侧的自发极化方 向不严格正交，实测约为88o30’。 [100],[100],[010],[010],[001],[001]