人们引用“电畴”概念来说明铁电体的自发极化机理。在铁电体中,在每个单胞中都会拥有是一个固有电偶极矩,即便没有外电场发挥作用,固有电偶极矩也不为零。由于偶极矩存在很强的相互作用,极矩之间互相平行并存在很小范围内,且偶极矩具有相同的方向,这一具有宏观偶极矩的小体积就称为“电畴”。在不存在外电场时,电畴中每个单胞已被极化,因此称为自发极化。如果铁电体内的所有电畴偶极矩方向都定在同一方向,铁电体因贮存很大的静电能而不稳定,因而,在无外电场作用的情况下,铁电体内部将分成许多电畴,而每一电畴中的偶极矩方向相同,这样就铁电体整体而言,对外界将不呈现极化状态。

按照相变过程中特征函数的变化特点,可将铁电相变分为两类:一级相变和二级相变。一级相变指不连续相变,在居里温度处,特征函数的一级微商不连续,自发极化和嫡发生不连续相变,有相变潜热。存在热滞回线以及电场诱导的铁电相变,如BaTiO3晶体。二级变指连续相变,在居里温度处,特征函数的一级微商连续而二级微商不连续,自发极化在居里温度连续变为零,相变时无潜热发生,比热有不连续的突变,不存在热滞回线和场致相变,如KDP晶体。

(2)介电性:铁电材料通常用作电容介质材料,其主要的性能指标为介电常数εr和介电损耗tanδ。介电常数是反映电介质极化性能的宏观物理量。介电常数为每增加单位外电压极化强度的增量,表示为:

铁电体的自发极化与温度有密切的关系,BaTiO3居里温度以上时,自发极化电畴将消失,铁电体转变为顺电性介质。当温度高于居里温度时,晶体具有各向同性的电性,并为一顺电性晶体,其介电常数与温度的关系遵从居里一外斯定律:

式(1—2)中,C为居里常数;Tc为居里外斯温度。对BaTiO3晶体来说,C=1。7×105,Tc≈120℃。在居里点温度附近,介电常数会突然的提高,数值超过了一千万,因此,铁电体被用为小型化电容器的介质。

因为BaTiO3晶体之间存在着各向异性,因此铁电相介电常数随温度的变化亦与晶体的晶轴方向晶体结构有关。室温单BaTiO3晶沿c轴的介电常数为400,而沿a、b轴的介电常数达到4000。由于BaTiO3具有高介电常数,在高介电容器的器具中被广泛的使用。来自~优尔、论文|网www.youerw.com +QQ752018766-

(3)热敏性:BaTiO3不仅拥有着良好的压电性和铁电性,20世纪50年代Hayman等人发现它还存在着另一种重要的性能——正温度系数效应。Hayman等人发现在BaTiO3材料组分中掺入适量的施主杂质,其常温电阻率下降到10-2~104Ω·cm。在居里温度附近,BaTiO3陶瓷材料的电阻率会随着温度的升高而快速增大5~6个数量级。这种效应具有巨大的应用价值,广泛应用于通讯、汽车、家电等领域,作为过流、过热保护元件以及自我调节型的发热元件和温度传感器,如热保险丝、热阻器、去磁器和其他过载保护器件等。

BaTiO3陶瓷的热敏性与多种因素有关。第一,它伴随着铁电-顺电相变而发生,电阻突变温度和铁电转变温度是一致的。第二,它是一种晶界效应,施主掺杂的单晶BaTiO3不具备PTCR效应,单个晶界的测量表明,双晶晶界没有PTCR效应,并且混乱晶界或无序晶界的PTCR效应比高相干晶界大得多。第三,只有施主掺杂的n型BaTiO3半导体陶瓷才具有PTCR效应,p型和还原性的n型半导体陶瓷不具有PTCR效应。第四,该效应受工艺条件的影响较大,这些工艺条件包括施主浓度、受主浓度、烧结温度、退火温度、冷却速率、烧结和热处理气氛等[7~15]。

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