稀土掺杂BiFeO3陶瓷的制备和电学性能表征(2)
1.1.2 铁电材料的特征性质 当铁电晶体的整体显示自发极化时，它的正端和负端的束缚电荷产生的去极化场和极化方向相反，静电能量将在晶体内上升。当晶体受到机械约束时，伴随自发极化的自发应变还将使应变能增加。因此，均匀的极化状态是不稳定的，晶体将自发分成被称为“畴”的小区域。铁电体由单畴变成多畴可认为是“孪生对称素”的作用。对称性不但决定了电畴的构型，而且决定了畴壁的取向。畴的边界叫做畴壁，通常铁电畴畴壁只有 1~2个元胞的厚度，并且带有电荷。畴的引入降低了晶体的退极化能和应变能， 形成 180°畴可以降低退极化能， 通过形成对称性允许的90°畴或其他非 180°畴可以降低应变能，此外载流子定向移动以屏蔽自发极化也可以降低退极化能。但畴壁的出现增加了畴壁能，铁电畴的稳定构型取决于总自由能的最小值。就铁电体整体而言，未施加电场之前，对外将不呈现极化状态。源]自{优尔·~论\文}网·www.youerw.com/ 铁电体在外电场作用下的极化强度可以用电滞回线来描述。D点所对应的极化称为剩余极化 Pr (remanent polarization)。CB延长与 P轴相交于 E点，E点所对应的即为自发极化强度Ps (spontaneous polarization)。当电场强度E=Ec时，极化强度 P=0，Ec 称为矫顽电场强度 (coercive field)。 晶体的铁电性通常只存在于一定的温度范围内，当温度过高超过某一值时，要经历一个铁电相(ferroelectric phase)到顺电相(paraelectric phase)的结构相变，此时自发极化消失，这一温度称为居里温度(TC)。在居里温度以上，晶体属于非极性结构，也称顺电结构。因此，可以说铁电性是源于空间对称性的破缺。从微观上讲，顺电/铁电相变可以分为有序-无序型和位移型[4]。铁电体相变可分为一级相变与二级相变。在一级相变中既有比热突变，又有潜热产生，自发极化在居里点处突然下降到零。一般地说，位移型相变多属这类，当然也不是绝对如此。二级相变中没有潜热产生，只有比热容突变。自发极化逐渐到零。一般地说，有序−无序型铁电相变多属这类。 铁电体的性质和晶体结构紧密相关。铁电相变就是典型的结构相变，自发极化的出现主要是晶体中离子位移变化的结果，因此晶体结构是认识和阐明铁电体性质的基础。钙钛矿结构的氧化物铁电体是为数最多、应用最广的一类铁电体[8-9]，其通式为 ABO3，A,B 为金属离子。钙钛矿结构的特征是以 B 位阳离子为中心的氧八面体共顶点连接，并嵌在以 A位离子为顶点的四方体中(如图 1-2 所示)。单一离子或多种离子皆可占据A、B阳离子位，单一离子占据时称为简单钙钛矿, 多种离子占据时称为复合钙钛矿。本文所要研究的铁酸铋(BiFeO3)即为钙钛矿结构。
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