鐵電體的結(jié)構(gòu)相變

1、. .鐵電體的構(gòu)造相變系 別：材料工程系 學(xué)生*： 牛佳偉 專業(yè)班級(jí)：材料成型與控制技術(shù)材料一班學(xué) 號(hào)：指導(dǎo)教師： X永超 2011 年 9 月26日獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的畢業(yè)論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)展的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中已經(jīng)標(biāo)明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對(duì)本文的研究做出奉獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。論文作者簽名：牛佳偉 日期： 2021 年9月 26 日畢業(yè)論文使用授權(quán)書本畢業(yè)論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保存、使用畢業(yè)論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保存并向有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論

2、文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)*職業(yè)技術(shù)學(xué)院要以將本論文的全部或局部?jī)?nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)展檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本論文。 *，在_年解密后適用本授權(quán)書. 本論文屬于 不*。請(qǐng)?jiān)谝陨戏娇騼?nèi)打“畢業(yè)論文作者簽名： 指導(dǎo)教師簽名：日期： 年 月 日 日期： 年 月 日目 錄摘要1 緒論1.1 鐵電體的定義(1)1.2 鐵電梯的介電系數(shù).(2)1.3 鐵電梯的分類(2)2 數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)(鐵電體的構(gòu)造相變)2.1 有序無序型相轉(zhuǎn)變鐵電體自發(fā)極化的微觀理論.(4)2.1-1 羅息鹽的鐵電性(5)2.1-2 KDP的鐵電性(5)2.2位移型相轉(zhuǎn)變鐵電體自發(fā)極化

3、的微觀理論(6)2.2-1BaTiO3鐵電性.(6)致謝.(10)摘 要介紹了幾種用于鐵電性的理論方法和模型以及相關(guān)的研究進(jìn)展。用來模擬多晶生長的動(dòng)力學(xué)特性，這又為我們研究鐵電陶瓷的物理性質(zhì)提供了一條途徑。有效場(chǎng)方法是另一個(gè)描寫鐵電相變的簡(jiǎn)單而且實(shí)用的方法，這里介紹了利用這一方法處理混合鐵電體的相變溫度隨組分的變化，以及量子起伏對(duì)鐵電相變過程的影響。 第一原理計(jì)算方法近幾年被廣泛用于研究鐵電體電子構(gòu)造和相關(guān)物理性質(zhì)。隨著計(jì)算軟件和計(jì)算機(jī)硬件體系的開展，由這一方法不僅可以得到塊體材料的電子構(gòu)造，多數(shù)軟件具有進(jìn)展幾何構(gòu)造優(yōu)化的功能，而且局部計(jì)算能夠進(jìn)展極化強(qiáng)度以及壓電性質(zhì)的計(jì)算。通過適當(dāng)模型的構(gòu)建

4、，第一原理計(jì)算方法已經(jīng)應(yīng)用于外表界面、具有摻雜和氧空位等缺陷體系物理性質(zhì)的研究。這種方法為實(shí)現(xiàn)材料性能的理論設(shè)計(jì)提供了一個(gè)有利的工具。在第一原理計(jì)算的根底上，結(jié)合分子動(dòng)力學(xué)模擬、格林函數(shù)等方法，可以進(jìn)展有限溫度下的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)研究。雖然不同層次上的理論方法和模型可以用來研究鐵電體的各種物理性質(zhì)，但是鐵電性的許多根本物理問題遠(yuǎn)沒有很好的解決，例如鐵電體自發(fā)極化產(chǎn)生的物理機(jī)制，以及弛豫鐵電體所表現(xiàn)出的奇異的物理性質(zhì)。這些根本問題的完善解決有待于理論和實(shí)驗(yàn)工作者的共同努力。關(guān)鍵詞：鐵電體；構(gòu)造；- 優(yōu)選. .第1章緒論 1.1 鐵電體的定義某些晶體在一定的溫度范圍內(nèi)具有自發(fā)極化，而且其自發(fā)極化方向可以

5、因外電場(chǎng)方向的反向而反向，晶體的這種性質(zhì)稱為鐵電性，具有鐵電性的晶體稱為鐵電體。它之所以稱為鐵電體，是因?yàn)樗c鐵磁體在許多物理性質(zhì)上有一一對(duì)應(yīng)之處，如電滯回線對(duì)應(yīng)磁滯回線，電疇對(duì)應(yīng)磁疇，順電-鐵電相變對(duì)應(yīng)順磁-鐵磁相變、電矩對(duì)應(yīng)磁矩等等，而并非晶體中一定含有“鐵。至于一種晶體是否是鐵電體，我們并不能根據(jù)其內(nèi)部構(gòu)造的對(duì)稱性來預(yù)測(cè)，只能通過實(shí)驗(yàn)來測(cè)定。鐵電體的重要特征之一是具有電滯回線，電滯回線的存在是判定晶體為鐵電體的重要根據(jù)。1.2 鐵電體的介電系數(shù)通常所說的介電系數(shù)是在小訊號(hào)電場(chǎng)作用下測(cè)得的介電系數(shù)定義為鐵電體的介電系數(shù)，又稱為微分介電系數(shù)，其數(shù)學(xué)定義式為1.3 鐵電體的分類1按相變的微觀構(gòu)

6、造分：位移型相變鐵電體：非水溶性的硬鐵電體屬于位移型相轉(zhuǎn)變鐵電體，具有氧八面體構(gòu)造。典型物質(zhì)有鈦酸鋇、鈮酸鎘、鈮酸鍶。成因是：居里點(diǎn)以下，氧八面體中心離子產(chǎn)生偏心位移而形成偶極子，而氧離子那么使偶極子之間耦合，產(chǎn)生自發(fā)式極化。有序無序型鐵電體：水溶性的軟鐵電體屬于此類鐵電體。成因是：氫鍵的協(xié)調(diào)作用而使偶極子自發(fā)地有序排列從而產(chǎn)生自發(fā)極化。此類方法方便于分析理解鐵電性的起因。2按結(jié)晶化學(xué)分類含有氫鍵的晶體：這類晶體通常是從水溶液中生長出來的，故常被稱為水溶性鐵電體，又叫軟鐵電體。典型物質(zhì)： 磷酸二氫鉀KDP、三甘氨酸硫酸鹽TGS、 羅息鹽RS。雙氧化物晶體這類晶體是從高溫熔體或熔鹽中生長出來的，

7、又稱為硬鐵電體其中很多是以氧離子八面體為根本構(gòu)造單元的，并在氧離子間隙中填有高價(jià)正離子。典型物質(zhì)有：BaTiO3 KNbO3 KTaO3等3按極化軸多少分類 單晶軸極化：極化只能沿一個(gè)晶軸方向極化的鐵電體。典型物質(zhì)：RS、KDP 多晶軸極化：極化可以沿多個(gè)晶軸方向極化的鐵電體。典型物質(zhì)：BaTiO3等 此分類方法方便鐵電疇的研究。4按鐵電體在非鐵電相時(shí)有無對(duì)稱中心分類無對(duì)稱性鐵電體：一般具有壓電效應(yīng)。典型物質(zhì)鉭鈮酸鉀KTN、磷酸二氫鉀KDP 有對(duì)稱性鐵電體：一般無壓電效應(yīng)。典型物質(zhì)：BaTiO3、三苷肽硫酸TGS 適用于鐵電相變的熱力學(xué)處理。第2章鐵電體的構(gòu)造相變2.1有序無序型相轉(zhuǎn)變鐵電體自

8、發(fā)極化的微觀理論2.1-1 羅息鹽的鐵電性1羅息鹽晶體構(gòu)造是斜方晶系，只在沿晶軸a的方向具有自發(fā)極化2在-18和23時(shí)取得a軸方向的兩個(gè)最大值，其他方向的介電系數(shù)幾乎不隨溫度的變化而變化。3在自發(fā)極化區(qū)域之外的居里點(diǎn)附近滿足居里-外斯定律：4自發(fā)形變大，壓電模數(shù)大。5抗氣候能力差，工作溫度窄 2.1-2 KDP的鐵電性1室溫下：KDP是四角晶系，沒有對(duì)稱中心，具有壓電性。2123K：KDP正交晶系，極化軸為原四角系的c軸。3從室溫附近開場(chǎng)隨溫度的下降，c向介電系數(shù)迅速增加到居里點(diǎn)極大值，而隨溫度下降c向介電系數(shù)迅速下降，a向介電系數(shù)隨溫度的下降變化不明顯。居里點(diǎn)的50的范圍之內(nèi)服從居里-外斯定

9、律4自發(fā)極化強(qiáng)度隨溫度的升高逐漸下降，至居里相變點(diǎn)附近，極化強(qiáng)度是連續(xù)變化的，且迅速下降。相變?yōu)槎?jí)相變。2.2位移型相轉(zhuǎn)變鐵電體自發(fā)極化的微觀理論2.2-1BaTiO3鐵電性1有三個(gè)鐵電相變溫度120時(shí)居里點(diǎn)：四角晶系 極化軸為c軸0010時(shí)：?jiǎn)涡本?極化軸為 011-90時(shí)：三角晶系 極化軸為 111用X射線衍射法測(cè)得2在不同溫度下鈦酸鋇的晶體常數(shù)，室溫下的軸比ca=1.01，即自發(fā)應(yīng)變?yōu)?%。沿鈦酸鋇晶體原立方體所測(cè)的極化強(qiáng)度Ps與溫度的關(guān)系2在居里點(diǎn)處或其它相變點(diǎn)處極化強(qiáng)度與介電系數(shù)隨T變化迅速變化。一級(jí)相變?yōu)樘S式變化，二級(jí)相變?yōu)檫B續(xù)式變化3升溫或降溫，自發(fā)極化強(qiáng)度與溫度的關(guān)系曲線

10、不同，存在熱滯回線4a向介電系數(shù)與c向介電系數(shù)相差很大5多晶體的介電系數(shù)6四角相BaTiO3的構(gòu)造軸長nm離子位移nm 鍵間距nma=0.399c=0.404Ti=+0.01oi=-0.004Ba=+0.005 上方0.186TiOBaO0 .280 下方0.2217TiO 0 .280 BaO 0.288 室溫下BaTiO3四角相的離子位移和鍵間距7居里定力 對(duì)鐵電體的其他轉(zhuǎn)變溫度處，介電性能也會(huì)出現(xiàn)類似反常變化，其反常程度比居里點(diǎn)處低，較小很多，且與溫度無關(guān)，故可以忽略致謝通過這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我對(duì)電介質(zhì)物理等系列知識(shí)都有了一定的了解。由于在此之前對(duì)于鐵電晶體知識(shí)的了解不是很多，所以從一開場(chǎng)

11、就碰到許多困難。通過在網(wǎng)上尋找有關(guān)資料、指導(dǎo)教師以及同學(xué)的幫助下最后都得到了解決。在整個(gè)設(shè)計(jì)階段感受最為深刻的是掌握學(xué)習(xí)的方式和解決問題的方法。首先是解決問題的方式，雖然面臨的信息很多，但是如何從大量的信息中篩選出所需的信息，有用的信息，才是解決問題的關(guān)鍵，另外一個(gè)就是解決問題的方法，就像我在解決設(shè)計(jì)中的很多問題一樣，一開場(chǎng)總是在看書，和書上的進(jìn)展比對(duì)，雖然書本上的只是大局部都是有價(jià)值，正確的，但實(shí)際上每個(gè)人設(shè)計(jì)的思路和對(duì)知識(shí)點(diǎn)處理的方法、思想都是不同的，這就要求我們一定要通過實(shí)踐才能找到解決問題的方案。在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，我深刻的體會(huì)到了這一點(diǎn)的重要性，也牢記住了這一點(diǎn)，在今后的學(xué)習(xí)和研究中我也會(huì)繼續(xù)將這種方法延續(xù)下去。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，有很多人對(duì)任務(wù)的完成給予了重要的支持和幫助。感