晶体是否具有铁电性,我们可以先假设在没有任何外电场的情况下,晶体的畴极化强度方向只有正负,这就意味着它们只能相互平行或者相反平行,晶体总电矩为0,这样可以有利于日后进行研究,少进行多余的海量运算。如果外电场施加于晶体,极化强度会沿着电场方向变大,这个时候,极化强度P岁外电场E增大而增加。当电场继续增大到最终值,晶体只具有单个畴,此时晶体的极化强度饱和,同时这也是每个畴原先存在的极化强度——饱和极化强度,其后电场开始降低,晶体极大值P开始下降,但在0电场时,还存在剩余极化强度[10]。当电场反向达到矫顽电场强度时,剩余电场的剩余极化强度会全部消失。如果矫顽电场强度比晶体的击穿场强,那么在极化反向之前晶体已被电击穿,便不能说该晶体具有铁电性。

居里点[11]作为晶体铁电性发生改变的特殊温度,被人们反复研究讨论,在晶体铁电性消失时,晶格结构改变,当晶体的铁电性出现时,晶体的许多物理性质一反常态,对于一阶相变常伴随有潜热的发生,对于二阶相变则出现比热的突变。当晶体出现了两个或多个铁电相时,这时候的过渡温度或转变温度是表征顺电相与铁电相之间的一个相变温度。

由于极化的非线性关系,铁电体的介电系数不是常数,而是依赖于外加电场的,所以要求得介电系数就必须有一个求解公式。居里-外斯通过研究发现电滞回线中的斜率来代表介电系数,即在测量介电系数ε时[12],所加的外电场很小。铁电体在过渡温度附近,介电系数ε具有很大的值 ,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[13]:

ε=C/(T-TC)                          (1-1) 

式(1-1)中TC为特性温度,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系数的贡献,处于过渡温度时,可以忽略。

1。3 铁电/铁磁复合材料的研究热点

1。4 复合多铁材料的关键技术分析 

随着科学技术的发展,特别是在材料方面人们对单相和复合多铁性材料的物理性质和化学性质是提出研发了更高的要求,如何提高单相和复合多铁性材料的介电、压电和磁的特性来满足日益增长的需求,已成为今天世界上所有材料研究人员面临的问题。制备具有铁磁性和铁电性的材料,引起了广泛的关注和兴趣。无论是从固体状态物理理论或因为其在电子器件中的潜在应用,都具有很好的研究价值。将铁电材料和铁磁材料有机结合在一起形成新的复合材料成为人们研究的主要方向,由于磁场极化和电场的极化会产生不同的耦合特性,如磁电和磁光等耦合性能。根据 VanSuchtelen的理论[21],同时有压电相和压磁相的复合材料是由两相间的应力传递模式产生磁电耦合。基于这一理论,研究者尝试着通过将两相复合的途径来制成具有高磁电耦合系数的磁电材料,所以在最早时候进行了BaTiO3/CoFe2O4的研究。通过定向固相合成法反应生成的BaTiO3/CoFe2O4相可以相互独立地存在,制成的陶瓷具有交错排列的层状结构利于阻止导电材料CoFe2O4沿着极化方向形成链状结构而使这种磁电材料获得较高的磁电耦合系数,但是其制作过程难以控制形成规模化生产。之后很多研究者采用混合、共烧陶瓷生成法来获得复合材料,但是这些方法均不如意,其生成陶瓷的各项性能均不达标。

就目前来说主要的研究内容为压电/铁磁两相之间的相反应和相扩散,以及对两者耦合界面特性的研究。

(1)减少相反应和相扩散。相扩散的过程都是在扩散驱动力的作用下进行的,因此扩散驱动力的存在必不可少,一般来说浓度趋于均匀化是相扩散的主要扩散驱动力。但是有些杂质原子向晶界的偏聚,使晶界上的杂质浓度要比晶内高几倍或几十倍,可见,浓度梯度并不是导致相扩散的本质原因[22]。所以探究相扩散动力就需要借助热力学理论——在等温条件下,不管浓度梯度如何,组元原子总是从化学位高的地方自发的迁移到化学位低的地方,以降低系统的自由能[23]。只有当每种组元的化学位在系统中各店都相等时,才能达到动态平衡,宏观上再看不到物质的转移[24]。当浓度梯度与化学位梯度方向一致时,原子就会从高浓度地区向低浓度地区迁移[25];相反,当浓度梯度与化学位梯度方向不一致时,原子就会朝浓度梯度相反的方向迁移[26]。由此可见相扩散与浓度不成关系体系,而是与之相关的是化学位梯度[27]。总结影响扩散的因素有:温度、相结构、材料的缺陷和化学成分。多铁性材料的一大特征是自发显示铁电有序和磁有序,这赋予了多铁性材料不同的物理和化学性能。多铁性材料被大量的进行研究之后发现,其在同一相的材料中能够同时存在铁电相和铁磁相。因为其性能的可变性即其自身的自发形成的磁化能够被外加的电场改变,自发电极化能够被外加的磁场改变,以及两相之间能够产生强烈的耦合反应,被广泛应用于存储器件中[28]。论文网

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