無(wú)機(jī)材料化學(xué)第講

1、1 1、電滯回線、電滯回線 電滯回線電滯回線鐵電體在外電場(chǎng)中極化鐵電體在外電場(chǎng)中極化時(shí)時(shí)極化強(qiáng)度極化強(qiáng)度P對(duì)電場(chǎng)強(qiáng)對(duì)電場(chǎng)強(qiáng)度度E的關(guān)系曲線的關(guān)系曲線 。OAB：起始極化曲線：起始極化曲線Ps ：飽和極化強(qiáng)度飽和極化強(qiáng)度Pr ： 剩余極化強(qiáng)度剩余極化強(qiáng)度EH ： 矯頑電場(chǎng)矯頑電場(chǎng)鐵電體極化滯后于電場(chǎng)變化的情形與鐵磁體磁化滯后于磁場(chǎng)變化相類鐵電體極化滯后于電場(chǎng)變化的情形與鐵磁體磁化滯后于磁場(chǎng)變化相類似，與似，與磁滯回線磁滯回線對(duì)應(yīng)，上述回線稱為對(duì)應(yīng)，上述回線稱為電滯回線電滯回線，且稱具有電滯回線的，且稱具有電滯回線的晶體為鐵電體，實(shí)際上材料中不一定含有鐵。晶體為鐵電體，實(shí)際上材料中不一定含有鐵。

2、電滯回線電滯回線 即極化曲線：即極化曲線：2、鐵電居里溫度鐵電居里溫度 鐵電體的自發(fā)極化是在一定溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)的。鐵電體的自發(fā)極化是在一定溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)的。當(dāng)溫度高于某值時(shí)，自發(fā)極化消失，沒鐵電性，稱為順電體；當(dāng)溫度高于某值時(shí)，自發(fā)極化消失，沒鐵電性，稱為順電體；當(dāng)溫度低于該值時(shí)，重新出現(xiàn)自發(fā)極化，獲得鐵電性。當(dāng)溫度低于該值時(shí)，重新出現(xiàn)自發(fā)極化，獲得鐵電性。這一轉(zhuǎn)變溫度稱為這一轉(zhuǎn)變溫度稱為居里溫度，居里溫度，用用 Tc 表示。例如：表示。例如：BaTiO3 Tc=120； KNbO3 Tc=434PbTiO3 Tc=490； LiNbO3 Tc=1210，居里溫度居里溫度Tc是從非自發(fā)極化狀態(tài)

3、過(guò)渡至自發(fā)極化狀態(tài)，是從非自發(fā)極化狀態(tài)過(guò)渡至自發(fā)極化狀態(tài)， 或由順電體（態(tài)）變?yōu)殍F電體（態(tài)）的溫度?；蛴身橂婓w（態(tài)）變?yōu)殍F電體（態(tài)）的溫度。 居里溫度是鐵電體的特征溫度，在該溫度上下，晶體發(fā)生居里溫度是鐵電體的特征溫度，在該溫度上下，晶體發(fā)生 結(jié)構(gòu)變化，結(jié)構(gòu)變化，由由非極性結(jié)構(gòu)非極性結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)闃O性結(jié)構(gòu)極性結(jié)構(gòu)。 這種變化是順電到鐵電的這種變化是順電到鐵電的相變相變。3、自發(fā)極化與電疇結(jié)構(gòu)自發(fā)極化與電疇結(jié)構(gòu) BaTiO3結(jié)構(gòu)隨溫度變化如下：結(jié)構(gòu)隨溫度變化如下： 溫度范圍：溫度范圍：1733393k 393278k晶胞參數(shù)：晶胞參數(shù)：a=b=c=0.401nm a=b=0.399nm, c=

4、0.403nm =900 =900以以BaTiO3為例說(shuō)明鐵電體的自發(fā)極化和電疇結(jié)構(gòu)為例說(shuō)明鐵電體的自發(fā)極化和電疇結(jié)構(gòu)。當(dāng)溫度高于當(dāng)溫度高于120時(shí)，時(shí)，BaTiO3為立方晶系，鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)為立方晶系，鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)Ti4+和和O2-的中心距是的中心距是 0.2005 nmTi4+和和O2-離子半徑之和為離子半徑之和為 0.064+0.132 = 0.196 nmTi4+和和O2-離子之間還有離子之間還有 0.2005 0.196= 0.0045 nm 的間隙的間隙 鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)Ti4+所處氧八面體中的氧平面所處氧八面體中的氧平面當(dāng)溫度當(dāng)溫度120時(shí)時(shí)，Ti4+的平均熱的平均熱振

5、動(dòng)能量比較高，振動(dòng)能量比較高，Ti4+只作彈性只作彈性位移，且靠近六個(gè)位移，且靠近六個(gè) O2-離子的幾離子的幾率相等率相等, 其平均位置處于氧八面其平均位置處于氧八面體間隙中心體間隙中心, 并不特別偏向某一并不特別偏向某一氧離子，此時(shí)氧離子，此時(shí)晶體保持對(duì)稱結(jié)晶體保持對(duì)稱結(jié)構(gòu)，正負(fù)電中心重合，不出現(xiàn)構(gòu)，正負(fù)電中心重合，不出現(xiàn)電偶極矩，不發(fā)生自發(fā)極化。電偶極矩，不發(fā)生自發(fā)極化。當(dāng)溫度當(dāng)溫度120時(shí)時(shí)，Ti4+平均熱振動(dòng)能量降低，已不足以克服其與平均熱振動(dòng)能量降低，已不足以克服其與O2-離子之間的相互作用，此時(shí)，離子之間的相互作用，此時(shí)，Ti4+離子有可能向某一離子有可能向某一O2-離子離子靠近，

6、并使該靠近，并使該O2-離子發(fā)生強(qiáng)烈的電子位移極化，使其與這個(gè)離子發(fā)生強(qiáng)烈的電子位移極化，使其與這個(gè)O2-離子間的作用增強(qiáng)，結(jié)果離子間的作用增強(qiáng)，結(jié)果Ti4+就偏離中心位置，就偏離中心位置，發(fā)生自發(fā)位發(fā)生自發(fā)位移，正負(fù)電荷中心不重合，產(chǎn)生偶極矩，出現(xiàn)自發(fā)極化。移，正負(fù)電荷中心不重合，產(chǎn)生偶極矩，出現(xiàn)自發(fā)極化。在出現(xiàn)自發(fā)極化的同時(shí)，在出現(xiàn)自發(fā)極化的同時(shí)，晶胞外形發(fā)生變化，在晶胞外形發(fā)生變化，在Ti4+離子位移的方向，離子位移的方向，晶軸伸長(zhǎng)，而其它兩個(gè)晶軸伸長(zhǎng)，而其它兩個(gè)方向則略縮短，于是方向則略縮短，于是BaTiO3的晶格由立方晶的晶格由立方晶系轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆骄?。系轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆骄怠?-自發(fā)位移使

7、單元晶胞結(jié)構(gòu)發(fā)生畸變（晶胞可看成一個(gè)偶極），自發(fā)位移使單元晶胞結(jié)構(gòu)發(fā)生畸變（晶胞可看成一個(gè)偶極），并能波及周圍晶胞內(nèi)的并能波及周圍晶胞內(nèi)的Ti4+離子，使之都沿著同一方向發(fā)生位離子，使之都沿著同一方向發(fā)生位移，這樣便形成了移，這樣便形成了自發(fā)極化方向相同的小區(qū)域自發(fā)極化方向相同的小區(qū)域 -電疇電疇。電疇是自發(fā)極化方向相同的晶胞所組成的小區(qū)域電疇是自發(fā)極化方向相同的晶胞所組成的小區(qū)域。在理想晶體中在理想晶體中，電疇從形成中心開始可以一直擴(kuò)展到整個(gè)晶，電疇從形成中心開始可以一直擴(kuò)展到整個(gè)晶體，使所有單元晶胞的自發(fā)偶極矩自發(fā)地在同一方向上整齊排體，使所有單元晶胞的自發(fā)偶極矩自發(fā)地在同一方向上整齊排列

8、，形成列，形成單疇結(jié)構(gòu)單疇結(jié)構(gòu)。 實(shí)際晶體中實(shí)際晶體中往往從某一中心擴(kuò)展到晶格缺陷附近就停止，因往往從某一中心擴(kuò)展到晶格缺陷附近就停止，因?yàn)榈饺毕萏帲园l(fā)位移的波及影響發(fā)生間斷，只好等待另一些為到缺陷處，自發(fā)位移的波及影響發(fā)生間斷，只好等待另一些自發(fā)極化中心出現(xiàn)并各自按不同方向擴(kuò)展，于是自發(fā)極化中心出現(xiàn)并各自按不同方向擴(kuò)展，于是在一個(gè)晶體中在一個(gè)晶體中就出現(xiàn)一系列方向不同的電疇就出現(xiàn)一系列方向不同的電疇 (其方向取決于其方向取決于Ti4+位移位移的方向的方向)。 由于由于BaTiO3晶體中氧離子位于晶體中氧離子位于互相垂直的三個(gè)軸上，因此，互相垂直的三個(gè)軸上，因此，不同電疇中的鈦離子的自發(fā)位不

9、同電疇中的鈦離子的自發(fā)位移移 (自發(fā)極化自發(fā)極化)方向只能是互相方向只能是互相反平行或垂直，這種分析與實(shí)反平行或垂直，這種分析與實(shí)際觀察到際觀察到BaTiO3晶體中只有晶體中只有反平行和垂直的兩類電疇相一反平行和垂直的兩類電疇相一致。致。BaTiO3的電疇結(jié)構(gòu)，小方格表示的電疇結(jié)構(gòu)，小方格表示晶胞，箭頭表示電矩方向。晶胞，箭頭表示電矩方向。AA分界線兩側(cè)電矩取向反平行，分界線兩側(cè)電矩取向反平行，稱為稱為1800疇壁，疇壁，BB分界線為分界線為90 疇壁。疇的線性尺寸約在疇壁。疇的線性尺寸約在10m。 在外電場(chǎng)作用下通過(guò)疇壁的移動(dòng)可使疇的大小和方向改變。在外電場(chǎng)作用下通過(guò)疇壁的移動(dòng)可使疇的大小和

10、方向改變。單疇內(nèi)偶極的方向相同，其矢量和為疇的電偶極矩。單疇內(nèi)偶極的方向相同，其矢量和為疇的電偶極矩。鐵電體的總偶極是各個(gè)疇電偶極矩的矢量和。鐵電體的總偶極是各個(gè)疇電偶極矩的矢量和。 4、電滯回線的微觀解釋、電滯回線的微觀解釋 在沒有外電場(chǎng)存在時(shí)，由于電疇取向是隨在沒有外電場(chǎng)存在時(shí)，由于電疇取向是隨機(jī)的，晶體的總電偶極矩為零機(jī)的，晶體的總電偶極矩為零 。 當(dāng)外加電場(chǎng)時(shí)，沿電場(chǎng)方向的電疇變大，當(dāng)外加電場(chǎng)時(shí)，沿電場(chǎng)方向的電疇變大，逆電場(chǎng)方向和與電場(chǎng)方向成一定角度的電疇逆電場(chǎng)方向和與電場(chǎng)方向成一定角度的電疇逐漸變小，極化強(qiáng)度沿逐漸變小，極化強(qiáng)度沿OA曲線隨外電場(chǎng)曲線隨外電場(chǎng)E的的增大而增加，一直到整

11、個(gè)晶體成為單疇，即增大而增加，一直到整個(gè)晶體成為單疇，即電滯回線中的電滯回線中的B點(diǎn)，這時(shí)所有的疇都沿外電點(diǎn)，這時(shí)所有的疇都沿外電場(chǎng)方向排列，極化強(qiáng)度達(dá)到飽和。場(chǎng)方向排列，極化強(qiáng)度達(dá)到飽和。 當(dāng)外電場(chǎng)繼續(xù)增加時(shí)，就只有電子極化與當(dāng)外電場(chǎng)繼續(xù)增加時(shí)，就只有電子極化與離子極化隨電場(chǎng)有所增加，這時(shí)便與普通電離子極化隨電場(chǎng)有所增加，這時(shí)便與普通電介質(zhì)一樣，介質(zhì)一樣，PE 成直線關(guān)系。成直線關(guān)系。 鐵電體的電疇結(jié)構(gòu)可說(shuō)明電滯回線和鐵電居里溫度。鐵電體的電疇結(jié)構(gòu)可說(shuō)明電滯回線和鐵電居里溫度。 當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度降低時(shí)，由于熱運(yùn)動(dòng)，當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度降低時(shí)，由于熱運(yùn)動(dòng)，部分電矩會(huì)偏離電場(chǎng)方向，使極化部分電矩會(huì)偏離電場(chǎng)方向，

12、使極化強(qiáng)度隨之減小。由于電疇的移動(dòng)是不強(qiáng)度隨之減小。由于電疇的移動(dòng)是不可逆的，所以當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度減小并回至可逆的，所以當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度減小并回至零時(shí)，零時(shí)，P和和E的變化并不按原曲線返的變化并不按原曲線返回。同時(shí)由于固體中存在的缺陷和內(nèi)回。同時(shí)由于固體中存在的缺陷和內(nèi)應(yīng)力對(duì)電疇的轉(zhuǎn)向起阻止作用，因而應(yīng)力對(duì)電疇的轉(zhuǎn)向起阻止作用，因而在在E=0時(shí)電疇的某種排列仍被保留下時(shí)電疇的某種排列仍被保留下來(lái)，使鐵電體具有來(lái)，使鐵電體具有剩余極化強(qiáng)度剩余極化強(qiáng)度 Pr 。要消除要消除Pr就必須加反向電場(chǎng)，以達(dá)到就必須加反向電場(chǎng)，以達(dá)到晶體中順與逆電場(chǎng)方向的疇相等，極晶體中順與逆電場(chǎng)方向的疇相等，極化抵消。使極化強(qiáng)度為零

13、所需之電場(chǎng)化抵消。使極化強(qiáng)度為零所需之電場(chǎng)即為即為矯頑電場(chǎng)矯頑電場(chǎng) EH 。鐵電體的鐵電體的鐵電性狀態(tài)一般存在于低溫條件下鐵電性狀態(tài)一般存在于低溫條件下，因，因?yàn)楦邷貢r(shí)不斷增加的熱運(yùn)動(dòng)足以打亂相鄰八面體為高溫時(shí)不斷增加的熱運(yùn)動(dòng)足以打亂相鄰八面體中的共同位移，從而破壞電疇結(jié)構(gòu)，發(fā)生破壞的中的共同位移，從而破壞電疇結(jié)構(gòu)，發(fā)生破壞的溫度就是溫度就是鐵電居里溫度鐵電居里溫度Tc?？v上所述鐵電體的特點(diǎn)縱上所述鐵電體的特點(diǎn)： 具有自發(fā)極化具有自發(fā)極化 多疇結(jié)構(gòu)多疇結(jié)構(gòu) 鐵電居里溫度鐵電居里溫度 電滯回線電滯回線鐵電體的分類鐵電體的分類鐵電晶體的分類法有許多種，常用的有以下幾種：鐵電晶體的分類法有許多種，常

14、用的有以下幾種：（1）根據(jù)鐵電體的極化軸的多少分為兩類根據(jù)鐵電體的極化軸的多少分為兩類。 一類是只能沿一個(gè)晶軸方向極化的鐵電體，如羅息一類是只能沿一個(gè)晶軸方向極化的鐵電體，如羅息鹽鹽 （酒石酸鉀鈉）及其它酒石酸鹽、磷酸二氫鉀型等。（酒石酸鉀鈉）及其它酒石酸鹽、磷酸二氫鉀型等。這類鐵電體稱為這類鐵電體稱為單軸鐵電體單軸鐵電體。 另一類是可以沿多個(gè)晶軸方向極化的鐵電體（在非另一類是可以沿多個(gè)晶軸方向極化的鐵電體（在非鐵電相時(shí)這些晶軸是等效的），如鈦酸鋇、鈮酸鉀等。鐵電相時(shí)這些晶軸是等效的），如鈦酸鋇、鈮酸鉀等。這類鐵電體稱為這類鐵電體稱為多軸鐵電體多軸鐵電體。（2）根據(jù)鐵電體在非鐵電相有無(wú)對(duì)稱中心

15、可分為兩類根據(jù)鐵電體在非鐵電相有無(wú)對(duì)稱中心可分為兩類。 一類鐵電體在其一類鐵電體在其順電相的晶體結(jié)構(gòu)不具有對(duì)稱中心順電相的晶體結(jié)構(gòu)不具有對(duì)稱中心，因而其順電相有壓電效應(yīng)，如鉭鈮酸鋰、羅息鹽、因而其順電相有壓電效應(yīng)，如鉭鈮酸鋰、羅息鹽、KH2PO4。 另一類鐵電體，其另一類鐵電體，其順電相的晶格結(jié)構(gòu)具有對(duì)稱中心順電相的晶格結(jié)構(gòu)具有對(duì)稱中心，因而其順電相不具有壓電效應(yīng)，如鈦酸鋇、鈮酸鉀以及它們因而其順電相不具有壓電效應(yīng)，如鈦酸鋇、鈮酸鉀以及它們的同類型晶體。的同類型晶體。 （3）根據(jù)晶體成分和結(jié)構(gòu)特征，可把鐵電晶體分成兩類。根據(jù)晶體成分和結(jié)構(gòu)特征，可把鐵電晶體分成兩類。 含有氫鍵的晶體含有氫鍵的晶

16、體，如如 KH2PO4、 羅息鹽等。特點(diǎn)：羅息鹽等。特點(diǎn)： 可溶于水、居里溫度低、溶解溫度低?？扇苡谒?、居里溫度低、溶解溫度低。 常稱常稱有序有序-無(wú)序型鐵電體無(wú)序型鐵電體，也稱，也稱“軟軟” 鐵電體。鐵電體。 結(jié)構(gòu)中含有氫鍵，稱為氫鍵型鐵電體。順電相過(guò)渡到鐵電相是無(wú)結(jié)構(gòu)中含有氫鍵，稱為氫鍵型鐵電體。順電相過(guò)渡到鐵電相是無(wú) 序到有序的相變。在序到有序的相變。在居里溫度居里溫度以上，質(zhì)子沿氫鍵的分布是呈對(duì)稱沿展的以上，質(zhì)子沿氫鍵的分布是呈對(duì)稱沿展的 形狀，低于形狀，低于居里溫度居里溫度時(shí)，質(zhì)子的分布不對(duì)稱于鄰近的離子。時(shí)，質(zhì)子的分布不對(duì)稱于鄰近的離子。 雙氧化物晶體雙氧化物晶體，如如 BaTiO

17、3（BaO-TiO2）、）、KNbO3（K2O-Nb2O5。 特點(diǎn)：不溶于水、居里溫度高、溶解溫度高。特點(diǎn)：不溶于水、居里溫度高、溶解溫度高。 常稱為常稱為位移型鐵電體位移型鐵電體，有時(shí)也稱為，有時(shí)也稱為“硬硬”鐵電體鐵電體。 從順電相到鐵電相的過(guò)渡是由于其中兩個(gè)子晶格發(fā)生從順電相到鐵電相的過(guò)渡是由于其中兩個(gè)子晶格發(fā)生相對(duì)位移相對(duì)位移。自發(fā)。自發(fā)極化的出現(xiàn)是由于正離子的子晶格與負(fù)離子的子晶格發(fā)生極化的出現(xiàn)是由于正離子的子晶格與負(fù)離子的子晶格發(fā)生相對(duì)位移相對(duì)位移。鐵電陶瓷及應(yīng)用鐵電陶瓷及應(yīng)用極化處極化處理前理前極化處極化處理后理后 已發(fā)現(xiàn)的鐵電晶體有上千種，但作為鐵電陶瓷應(yīng)用的主要已發(fā)現(xiàn)的鐵電晶

18、體有上千種，但作為鐵電陶瓷應(yīng)用的主要有有鈣鈦礦或準(zhǔn)鈣鈦礦型鈣鈦礦或準(zhǔn)鈣鈦礦型的鐵電晶體或固溶體。的鐵電晶體或固溶體。 利用其壓電特性可以制成壓電器件，這是鐵電陶瓷的主要利用其壓電特性可以制成壓電器件，這是鐵電陶瓷的主要應(yīng)用，因而應(yīng)用，因而常把鐵電陶瓷稱為壓電陶瓷常把鐵電陶瓷稱為壓電陶瓷。 利用鐵電陶瓷的熱釋電特性可以制成紅外探測(cè)器件，在測(cè)利用鐵電陶瓷的熱釋電特性可以制成紅外探測(cè)器件，在測(cè)溫、控溫、遙測(cè)、遙感以至生物、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域均有重要應(yīng)用溫、控溫、遙測(cè)、遙感以至生物、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域均有重要應(yīng)用價(jià)值。典型的熱釋電陶瓷有鈦酸鉛價(jià)值。典型的熱釋電陶瓷有鈦酸鉛(PbTiO3)等。等。 利用透明鐵電陶瓷利用

19、透明鐵電陶瓷PLZT(摻鑭的鈦鋯酸鉛摻鑭的鈦鋯酸鉛)的強(qiáng)電光效應(yīng)可以制成激光的強(qiáng)電光效應(yīng)可以制成激光調(diào)制器、光電顯示器、光信息存儲(chǔ)器、光開關(guān)、光電傳感器、圖像存儲(chǔ)調(diào)制器、光電顯示器、光信息存儲(chǔ)器、光開關(guān)、光電傳感器、圖像存儲(chǔ)和顯示器，以及激光或核輻射防護(hù)鏡等新型器件。和顯示器，以及激光或核輻射防護(hù)鏡等新型器件。鐵電體的應(yīng)用鐵電體的應(yīng)用由于鐵電體的極化強(qiáng)度隨電場(chǎng)強(qiáng)度的變化不呈線性關(guān)系，由于鐵電體的極化強(qiáng)度隨電場(chǎng)強(qiáng)度的變化不呈線性關(guān)系，所以鐵電材料主要用于制造非線性元件。所以鐵電材料主要用于制造非線性元件。例如可用來(lái)制造對(duì)電壓敏感的元件，像例如可用來(lái)制造對(duì)電壓敏感的元件，像壓敏電容器壓敏電容器，

20、這種非線性的壓敏電容器主要用于介質(zhì)放大器、這種非線性的壓敏電容器主要用于介質(zhì)放大器、 倍頻器、穩(wěn)壓器和開關(guān)等方面。倍頻器、穩(wěn)壓器和開關(guān)等方面。過(guò)去對(duì)過(guò)去對(duì)鐵電材料的應(yīng)用鐵電材料的應(yīng)用主要是利用它們的壓電性、熱釋電性、電光性主要是利用它們的壓電性、熱釋電性、電光性能以及高能以及高介電常數(shù)介電常數(shù)。近年來(lái)，隨著鐵電材料薄膜工藝的發(fā)展，鐵電材。近年來(lái)，隨著鐵電材料薄膜工藝的發(fā)展，鐵電材料在信息存儲(chǔ)、圖像顯示和全息照像等方面已開始應(yīng)用。料在信息存儲(chǔ)、圖像顯示和全息照像等方面已開始應(yīng)用。 壓電性、熱釋電性和鐵電性存在的條件及其特點(diǎn)比較壓電性、熱釋電性和鐵電性存在的條件及其特點(diǎn)比較 鐵電體鐵電體 一般電介

21、質(zhì)一般電介質(zhì)壓電體壓電體熱釋電體熱釋電體有有于電場(chǎng)中于電場(chǎng)中對(duì)稱中心對(duì)稱中心自發(fā)極化自發(fā)極化極化軸極化軸電場(chǎng)極化電場(chǎng)極化電場(chǎng)極化電場(chǎng)極化電場(chǎng)極化電場(chǎng)極化電場(chǎng)極化電場(chǎng)極化P與與E成線性關(guān)系成線性關(guān)系P與與E非線性關(guān)系非線性關(guān)系無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)有有有有極化方向可極化方向可隨電場(chǎng)方向隨電場(chǎng)方向改變改變有多個(gè)有多個(gè)極軸極軸單疇內(nèi)有一個(gè)極單疇內(nèi)有一個(gè)極軸，在外電場(chǎng)極軸，在外電場(chǎng)極化后有唯一極軸化后有唯一極軸唯一唯一極軸極軸單疇結(jié)構(gòu)單疇結(jié)構(gòu)多疇結(jié)構(gòu)多疇結(jié)構(gòu)電滯回線電滯回線鐵電居里溫度鐵電居里溫度電介質(zhì)、壓電體、熱釋電體和鐵電體之間的關(guān)系電介質(zhì)、壓電體、熱釋電體和鐵電體之間的關(guān)系 在電介質(zhì)晶體中，屬于沒有對(duì)稱中

22、心的在電介質(zhì)晶體中，屬于沒有對(duì)稱中心的20個(gè)晶類（點(diǎn)群）的晶體具有壓個(gè)晶類（點(diǎn)群）的晶體具有壓電性。壓電晶體中有電性。壓電晶體中有10個(gè)晶類的晶體具有唯一的與其它任何方向都不相同個(gè)晶類的晶體具有唯一的與其它任何方向都不相同的極化軸，因而具有熱釋電性質(zhì)。熱釋電晶體都有自發(fā)極化現(xiàn)象，其中只的極化軸，因而具有熱釋電性質(zhì)。熱釋電晶體都有自發(fā)極化現(xiàn)象，其中只有一部分是鐵電體。換句話說(shuō)，有一部分是鐵電體。換句話說(shuō)，熱釋電體只是一個(gè)電疇，產(chǎn)生多電疇的就熱釋電體只是一個(gè)電疇，產(chǎn)生多電疇的就是鐵電體是鐵電體，它具有居里點(diǎn)和電滯回線。，它具有居里點(diǎn)和電滯回線。 凡是鐵電體必然是熱釋電體，凡是熱釋電體必定是壓電體。

23、反之，則不凡是鐵電體必然是熱釋電體，凡是熱釋電體必定是壓電體。反之，則不成立。成立。3.3磁學(xué)性質(zhì)磁學(xué)性質(zhì)3.3.1 物質(zhì)的磁性物質(zhì)的磁性 1. 閉合環(huán)電流的磁矩閉合環(huán)電流的磁矩閉合環(huán)電流閉合環(huán)電流 閉合環(huán)電流平面法線方向與電閉合環(huán)電流平面法線方向與電流回繞方向間成流回繞方向間成右手定則右手定則關(guān)系。關(guān)系。 n設(shè)閉合環(huán)電流所張的面積為設(shè)閉合環(huán)電流所張的面積為S（S=r2），回路中電流為），回路中電流為I，電磁學(xué)計(jì)算表明，閉合環(huán)電流所激發(fā)的磁場(chǎng)及它在均勻磁電磁學(xué)計(jì)算表明，閉合環(huán)電流所激發(fā)的磁場(chǎng)及它在均勻磁場(chǎng)中所受的力矩，都決定于場(chǎng)中所受的力矩，都決定于I和和S的乘積。的乘積。電磁學(xué)上把電磁學(xué)上把

24、IS乘積叫做閉合環(huán)電流的磁矩乘積叫做閉合環(huán)電流的磁矩，用，用m表示表示 。磁矩為一矢量，其方向與閉合環(huán)電流平面法線方向一致磁矩為一矢量，其方向與閉合環(huán)電流平面法線方向一致 ，可表示為：可表示為： =IS=Ir2 mnn閉合環(huán)電流可激發(fā)磁場(chǎng)閉合環(huán)電流可激發(fā)磁場(chǎng)。環(huán)電流軸線上的磁感應(yīng)強(qiáng)。環(huán)電流軸線上的磁感應(yīng)強(qiáng)度與電流環(huán)繞方向間也成右手定則關(guān)系。即軸線度與電流環(huán)繞方向間也成右手定則關(guān)系。即軸線上的上的與與 同向。在環(huán)電流內(nèi)，磁感線由同向。在環(huán)電流內(nèi)，磁感線由S極到極到N極，而環(huán)電流外由極，而環(huán)電流外由N極到極到S極。極。閉合環(huán)電流作為整體在均勻外磁場(chǎng)中不受力閉合環(huán)電流作為整體在均勻外磁場(chǎng)中不受力（所

25、受（所受合力為零），但受到一個(gè)力矩（力偶矩），該力矩合力為零），但受到一個(gè)力矩（力偶矩），該力矩總是力圖使閉合環(huán)電流的磁矩轉(zhuǎn)到外磁場(chǎng)的方總是力圖使閉合環(huán)電流的磁矩轉(zhuǎn)到外磁場(chǎng)的方向上。向上。BBnmB2、物質(zhì)的磁性、物質(zhì)的磁性(磁矩磁矩) 物質(zhì)的磁性來(lái)源于物質(zhì)中電荷的圓周運(yùn)動(dòng)物質(zhì)的磁性來(lái)源于物質(zhì)中電荷的圓周運(yùn)動(dòng)，主要是電子的自，主要是電子的自旋運(yùn)動(dòng)和軌道運(yùn)動(dòng)。電子的自旋運(yùn)動(dòng)和軌道運(yùn)動(dòng)均相當(dāng)于一旋運(yùn)動(dòng)和軌道運(yùn)動(dòng)。電子的自旋運(yùn)動(dòng)和軌道運(yùn)動(dòng)均相當(dāng)于一個(gè)很小的電流回路，具有一定的磁矩。個(gè)很小的電流回路，具有一定的磁矩。 電子軌道運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的磁矩叫電子軌道運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的磁矩叫軌道磁矩軌道磁矩；電子自旋運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的

26、磁矩叫電子自旋運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的磁矩叫自旋磁矩自旋磁矩。1msm電子軌道運(yùn)動(dòng)（電子軌道運(yùn)動(dòng)（a）和自旋運(yùn)動(dòng)（）和自旋運(yùn)動(dòng)（b）產(chǎn)生的兩種環(huán)電流及相應(yīng)磁矩）產(chǎn)生的兩種環(huán)電流及相應(yīng)磁矩1msm 電子磁矩包括電子磁矩包括 和和 原子或離子的磁矩是原子或離子的磁矩是原子或離子中各電子磁矩的原子或離子中各電子磁矩的矢量和。矢量和。 原子或離子的磁矩來(lái)源于未填滿的那些殼層中的電子的磁矩。原子或離子的磁矩來(lái)源于未填滿的那些殼層中的電子的磁矩。 在填滿電子的殼層中，各電子軌道運(yùn)動(dòng)分別占了所有可能的方向，電子在填滿電子的殼層中，各電子軌道運(yùn)動(dòng)分別占了所有可能的方向，電子 云分布呈球形對(duì)稱，軌道磁矩在各方向上都有分布，因

27、此相互抵消。云分布呈球形對(duì)稱，軌道磁矩在各方向上都有分布，因此相互抵消。 充滿電子的殼層中，自旋方向相反的電子數(shù)目相等，自旋磁矩相互抵消。充滿電子的殼層中，自旋方向相反的電子數(shù)目相等，自旋磁矩相互抵消。 分子磁矩是分子中各電子磁矩的矢量和，或分子中各原子磁分子磁矩是分子中各電子磁矩的矢量和，或分子中各原子磁 矩的矢量和。矩的矢量和。 物質(zhì)的磁矩是物質(zhì)中所有電子磁矩物質(zhì)的磁矩是物質(zhì)中所有電子磁矩( 或原子磁矩、分子磁矩或原子磁矩、分子磁矩) 的矢量和。的矢量和。 在通常無(wú)磁場(chǎng)的情況下，由于各電子磁矩的取向是混亂的，在通常無(wú)磁場(chǎng)的情況下，由于各電子磁矩的取向是混亂的，物質(zhì)的總磁矩為零，所以一般物質(zhì)

28、（永磁性物質(zhì)除外）在通常物質(zhì)的總磁矩為零，所以一般物質(zhì)（永磁性物質(zhì)除外）在通常情況下并不顯示磁性。情況下并不顯示磁性。 當(dāng)置于外磁場(chǎng)中時(shí)，由于受到力矩的作用，磁矩作取向排當(dāng)置于外磁場(chǎng)中時(shí)，由于受到力矩的作用，磁矩作取向排列，使其磁化而顯示一定的磁性。列，使其磁化而顯示一定的磁性。 若原子、離子或分子中各電子磁矩的矢量和不為零，則相若原子、離子或分子中各電子磁矩的矢量和不為零，則相應(yīng)的原子、離子或分子具有一定的應(yīng)的原子、離子或分子具有一定的固有磁矩固有磁矩（或永久磁矩），（或永久磁矩），若矢量和為零，則不具有固有磁矩。在有些分子中，雖原子若矢量和為零，則不具有固有磁矩。在有些分子中，雖原子磁矩不為零，但由這些原子組成的分子的總磁矩可以為零。磁矩不為零，但由這些原子組成的分子的總磁矩可以為零。3.3.2 物質(zhì)在磁場(chǎng)中磁化及磁性分類物質(zhì)在磁場(chǎng)中磁化及磁性分類 當(dāng)把物質(zhì)置于磁場(chǎng)中時(shí)，由于受磁場(chǎng)力矩的作用，當(dāng)把物質(zhì)置于磁場(chǎng)中時(shí)，由于受磁場(chǎng)力