材料物理復(fù)習(xí)

1、材料強(qiáng)化1、 決定材料強(qiáng)度的關(guān)鍵因素1. 原子之間的結(jié)合力2. 位錯(cuò)二、位錯(cuò)類型以及運(yùn)動(dòng)類型：刃型位錯(cuò)；螺型位錯(cuò)；混合位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)：滑移：沿著滑移面移動(dòng)的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)攀移：沿著垂直于滑移面移動(dòng)的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)3、 衡量材料力學(xué)性質(zhì)的參數(shù)斷裂韌性：就是表示含有裂紋的材料所能承受的應(yīng)力斷裂韌性。材料抵抗裂紋擴(kuò)展的能力與許多因素有關(guān)：（1） 裂紋尺寸a越大，許可應(yīng)力越低。（2） 材料發(fā)生塑性變形的能力非常重要。（3） 厚試樣的斷裂韌性比薄試樣的要小。（4） 增加負(fù)載速率，像沖擊試驗(yàn)?zāi)菢?，往往?huì)減小材料的斷裂韌性。（5） 與沖擊試驗(yàn)相同，降低溫度會(huì)減小材料的斷裂韌性。（6） 減小晶粒尺寸一般可以改善斷裂韌性。測(cè)量：

2、 利用含有一個(gè)已知尺寸的裂紋的試樣，可以測(cè)得該裂紋開始擴(kuò)展并導(dǎo)致材料發(fā)生斷裂時(shí)的臨界K值。這個(gè)臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子定義為材料的斷裂韌性Kc。4、 固溶強(qiáng)化共析強(qiáng)化(一)固溶強(qiáng)化金屬材料通過(guò)形成固溶體合金，可以實(shí)現(xiàn)固溶強(qiáng)化的目的。固溶強(qiáng)化的效果決定因素：1. 溶劑原子和溶質(zhì)原子的尺寸差別越大，固溶強(qiáng)化的效果越大2.添加的合金元素越多，固溶強(qiáng)化的效果也越大固溶強(qiáng)化對(duì)材料性質(zhì)的影響：合金的屈服強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度，硬度等會(huì)超過(guò)純金屬。幾乎所有的合金的塑性都低于純金屬。但是，銅鋅合金的強(qiáng)度和塑性都高于純銅，這 是一個(gè)例外。合金的導(dǎo)電率大大低于純金屬。所以不應(yīng)該用固溶強(qiáng)化的銅合金或鋁合金作導(dǎo)線。固溶強(qiáng)化能夠改善合

3、金的抗蠕變性能。高溫環(huán)境不會(huì)明顯損害固溶強(qiáng)化效果。（二）固態(tài)相變強(qiáng)化與共析反應(yīng)共析反應(yīng)是固態(tài)相變強(qiáng)化的重要手段。從一個(gè)固相S1轉(zhuǎn)變成兩個(gè)固相S2和S3的反應(yīng)，如下公式所示: S1 S2 + S3固相之間的反應(yīng)，所以在熱處理時(shí)，可以先將材料加熱到形成固相S1的溫度，然后在冷卻過(guò)程中利用共析反應(yīng)得到S2和S3兩個(gè)固相，作為共析反應(yīng)產(chǎn)物的兩個(gè)固相可以使合金實(shí)現(xiàn)彌散強(qiáng)化。 金屬電導(dǎo)一、金屬費(fèi)米球的概念，為什么金屬導(dǎo)電導(dǎo)熱，哪部分電子起了作用特魯?shù)履Ｐ徒忉專簩?dǎo)熱：二、金屬電阻，馬基申定則馬基申定則：把固溶體的電阻看成由金屬的基本電阻和殘余電阻組成。這實(shí)際上表明，在一級(jí)近似下不同散射機(jī)制對(duì)電阻的貢獻(xiàn)可以加

4、法求和。式中為與溫度有關(guān)的金屬基本電阻，即溶劑金屬(純金屬)的電阻；為決定于化學(xué)缺陷和物理缺陷而與溫度無(wú)關(guān)的殘余電阻?；瘜W(xué)缺陷為偶然存在的雜質(zhì)原子以及人工加入的合金元素原子。物理缺陷系空位、間隙原子、位錯(cuò)以及它們的復(fù)合體。超導(dǎo)物理一、兩大屬性直流零電阻性（完全導(dǎo)電性）抗磁性（在內(nèi)部磁場(chǎng)感應(yīng)強(qiáng)度為0）二、與理想導(dǎo)體的區(qū)別理想導(dǎo)體定義為在它里面不存在任何散射電子機(jī)制的一種導(dǎo)體。理想導(dǎo)體也有零電阻效應(yīng)。但是如果在 T>Tc 時(shí)，先使這種導(dǎo)體磁化，這時(shí)它還沒(méi)有達(dá)到電阻率為零的理想狀態(tài)，內(nèi)部可以存在磁場(chǎng)，然后使溫度下降到T<Tc, 電阻率減小到零，在此過(guò)程中， “理想導(dǎo)體”內(nèi)部磁場(chǎng)不會(huì)消失。

5、簡(jiǎn)單地說(shuō)“理想導(dǎo)體”沒(méi)有邁斯納效應(yīng)，而超導(dǎo)體具有邁斯納效應(yīng)。半導(dǎo)體物理1、 能帶理論，導(dǎo)帶；價(jià)帶；禁帶能帶的形成：設(shè)有N個(gè)原子結(jié)合成固體，原來(lái)單個(gè)原子時(shí)處于1s能級(jí)的2N個(gè)電子現(xiàn)在屬于整個(gè)原子系統(tǒng)(固體)所共有，根據(jù)泡利不相容原理，不能有兩個(gè)或兩個(gè)以上電子具有完全相同的量子態(tài)(n ,l ,ml ,ms),因而就不能再占有一個(gè)能級(jí)，而是分裂為N個(gè)微有不同的分立能級(jí)。由于N是一個(gè)很大的數(shù)，這些分立能級(jí)相距很近，看起來(lái)幾乎是連續(xù)的，從而形成一條有一定寬度E的能帶。從能量的角度看，如果電子只有原子內(nèi)運(yùn)動(dòng)（孤立原子情況），電子的能量取分立的能級(jí)；若電子只有共有化運(yùn)動(dòng)（自由電子情況），電子的能量連續(xù)取值。

6、由于晶體中電子的運(yùn)動(dòng)介于自由電子與孤立原子之間，既有共有化運(yùn)動(dòng)也有原子內(nèi)運(yùn)動(dòng)，因此，電子的能量取值就表現(xiàn)為由能量的允帶和禁帶相間組成的能帶結(jié)構(gòu)。上述方法求出的電子能量狀態(tài)將不再是分立的能級(jí)，而是由能量上可以填充的部分（允帶）和禁止填充的部分（禁帶）相間組成的能帶，所以這種理論稱為能帶論。導(dǎo)帶：未填滿電子的能帶稱為導(dǎo)帶。價(jià)帶：由價(jià)電子能級(jí)分裂而成的能帶稱為價(jià)帶。禁帶：在能帶之間沒(méi)有可能量子態(tài)的能量區(qū)域叫禁帶。2、 np型半導(dǎo)體的判斷n型半導(dǎo)體：如果在硅或鍺中添加銻或磷的5價(jià)元素，那么銻或磷中的4個(gè)價(jià)電子參與共價(jià)鍵的結(jié)合，富余的那個(gè)價(jià)電子由于與本身原子的結(jié)合較松，很容易激發(fā)到導(dǎo)帶，因此這種雜質(zhì)增加

7、了導(dǎo)帶中的電子數(shù)，從而增加其導(dǎo)電性能。這種提供電子作為載流子的雜質(zhì)元素稱為施主。摻入了施主雜質(zhì)的非本征半導(dǎo)體以負(fù)電荷（電子）作為載流子，所以稱為n（negative，表示負(fù)電荷的意思）型半導(dǎo)體。P型半導(dǎo)體：如果在硅或鍺中添加的雜質(zhì)是鎵（Ga）等3價(jià)元素，結(jié)果構(gòu)成了共價(jià)鍵少一個(gè)電子,相應(yīng)在價(jià)帶頂部附近產(chǎn)生一個(gè)未被電子占據(jù)的局部能級(jí)。顯然，價(jià)帶中電子受熱激發(fā)易填入這些能級(jí)中去，從而增加了價(jià)帶中的空穴，增大其導(dǎo)電性。向本征半導(dǎo)體提供空穴作為載流子的雜質(zhì)元素稱為受主。摻入了受主雜質(zhì)的非本征半導(dǎo)體以正電荷（空穴）作為載流子，所以稱為p（positive，表示正電荷的意思）型半導(dǎo)體。區(qū)別np型半導(dǎo)體方法：

8、利用示波器顯示半導(dǎo)體材料在交流信號(hào)時(shí)的伏安曲線，在對(duì)一個(gè)接觸電極進(jìn)行加熱的狀態(tài)下測(cè)試半導(dǎo)體材料的電導(dǎo)率，測(cè)量半導(dǎo)體材料的霍爾效應(yīng)的極性等。三、能帶結(jié)構(gòu)圖，p-n結(jié)，p-n結(jié)的整流效應(yīng)能帶結(jié)構(gòu)圖由于固體鎂的3p能帶與3s能帶有重疊，這種重疊使得電子能夠激發(fā)到3s和3p的重疊能帶里的高能級(jí)，所以鎂具有導(dǎo)電性。 在金剛石的價(jià)帶和導(dǎo)帶之間有一個(gè)較大的禁帶Eg。很少有電子具有足夠的能量，能夠從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶去。所以金剛石的電導(dǎo)率很低。雖然鍺、硅和錫的能帶結(jié)構(gòu)與金剛石相似，但這些材料的禁帶寬度Eg 較小。實(shí)際上，錫的禁帶寬度小得使它具有類似導(dǎo)體的導(dǎo)電性。而禁帶寬度Eg稍大一點(diǎn)的鍺和硅成了典型的半導(dǎo)體。 P

9、-n結(jié)：不同類型半導(dǎo)體間接觸（構(gòu)成PN結(jié)）或半導(dǎo)體與金屬接觸時(shí)，因電子（或空穴）濃度差而產(chǎn)生擴(kuò)散，在接觸處形成位壘，因而這類接觸具有單向?qū)щ娦浴?p-n結(jié)能級(jí)狀態(tài)圖：p-n結(jié)整流效應(yīng) 以接觸面為界限，n型區(qū)域有一個(gè)帶正電的空間電荷層，在p型區(qū)域有一個(gè)帶負(fù)電的空間電荷層，這個(gè)空間電荷層產(chǎn)生一個(gè)自建電場(chǎng)。逆著自建電場(chǎng)的方向，即p型區(qū)域?yàn)檎娢?，n型區(qū)域?yàn)樨?fù)電位時(shí)（正向偏置電壓），消弱勢(shì)壘區(qū)的電場(chǎng)強(qiáng)度，載流子容易流動(dòng)。而順著自建電場(chǎng)的方向，即p型區(qū)域?yàn)樨?fù)電位，n型區(qū)域?yàn)檎娢粫r(shí)，載流子不容易流動(dòng)。這就是p-n結(jié)整流的原理。4、 余輝效應(yīng)；激光二極管（激光如何產(chǎn)生）；光伏特效應(yīng)余輝效應(yīng)： 如果熒光材料

10、中含有一些微量雜質(zhì)，且這些雜質(zhì)的能級(jí)位于禁帶內(nèi)，相當(dāng)于陷阱能級(jí)(Ed)，從價(jià)帶被激發(fā)的電子進(jìn)入導(dǎo)帶后，就會(huì)掉入這些陷阱能級(jí)。因?yàn)檫@些被陷阱能級(jí)所捕獲的激發(fā)電子必須首先脫離陷阱能級(jí)進(jìn)入導(dǎo)帶，然后這些電子躍回到價(jià)帶，才能發(fā)出可見光，所以它們被入射光子激發(fā)后，需要延遲一段時(shí)間才會(huì)發(fā)光，這樣就出現(xiàn)了所謂的余輝現(xiàn)象。余輝時(shí)間取決于這些陷阱能級(jí)與導(dǎo)帶之間的能級(jí)差，即陷阱能級(jí)深度。激光二極管（激光如何產(chǎn)生）對(duì)于高濃度摻雜的半導(dǎo)體p-n結(jié)，由于雜質(zhì)濃度很高，n型區(qū)內(nèi)來(lái)自雜質(zhì)能級(jí)的載流子電子非常多，費(fèi)密能級(jí)位于導(dǎo)帶之中。另外，p型區(qū)的價(jià)帶中的載流子空穴也非常多，p型區(qū)的費(fèi)密能級(jí)位于價(jià)帶之中。當(dāng)加上正向偏壓時(shí)，n

11、區(qū)向p區(qū)注入載流子電子，而p區(qū)向n區(qū)注入載流子空穴。 激光二極管為高濃度摻雜半導(dǎo)體，平衡時(shí)勢(shì)壘很高，所加正向電壓不足以使勢(shì)壘消失。這些載流子電子和載流子空穴聚集在p-n結(jié)附近，形成所謂的激活區(qū)。 （激光產(chǎn)生原理）如果處于高能級(jí)上的電子數(shù)大于處于低能級(jí)上的電子數(shù)，受激輻射就會(huì)超過(guò)光吸收，而導(dǎo)致激光的產(chǎn)生。光伏特效應(yīng)受光激發(fā)后，在n型硅與p型硅結(jié)合區(qū)域，會(huì)產(chǎn)生大量的空穴載流子和電子載流子。一部分電子載流子會(huì)移動(dòng)到能級(jí)較低的n型導(dǎo)帶，空穴載流子會(huì)移動(dòng)到能級(jí)較低的p型價(jià)帶。n型中負(fù)電荷增加，在p型中正電荷增加，形成電流。電荷增加不會(huì)無(wú)限進(jìn)行下去，正負(fù)電荷分離后，會(huì)產(chǎn)生反電位阻止正負(fù)電荷進(jìn)一步積累。反電

12、位與正負(fù)電荷移動(dòng)趨勢(shì)相互平衡，就是該太陽(yáng)能電池最大電動(dòng)勢(shì)。5、 金屬與半導(dǎo)體的接觸：整流接觸；歐姆接觸整流接觸n型半導(dǎo)體與金屬接觸的情況假設(shè)M>S 如果加上偏壓，使金屬與負(fù)極連接，半導(dǎo)體與正極連接，電子在此偏壓的作用下從金屬流向半導(dǎo)體，要越過(guò)一個(gè)很大的勢(shì)壘。故此時(shí)為反向偏壓，電流很小。如果使金屬與正極連接，半導(dǎo)體與負(fù)極連接，電子在此偏壓下從半導(dǎo)體流向金屬，要越過(guò)的勢(shì)壘較小，此時(shí)為正向偏壓，電流較大。所以這樣的金屬與半導(dǎo)體接觸狀態(tài)具有整流效應(yīng)。歐姆接觸 當(dāng)n型半導(dǎo)體與金屬接觸，且M <S時(shí)此時(shí)金屬的費(fèi)密能級(jí)較高，電子從金屬流向半導(dǎo)體，使金屬表面帶正電。半導(dǎo)體表面因積累電子而帶負(fù)電，半

13、導(dǎo)體內(nèi)部電子增多而費(fèi)密能級(jí)上升。當(dāng)半導(dǎo)體和金屬的費(fèi)密能級(jí)相等時(shí)，電子停止流動(dòng)，達(dá)到平衡狀態(tài)。半導(dǎo)體表面能帶向下彎曲，金屬與半導(dǎo)體界面沒(méi)有勢(shì)壘。無(wú)論所加的偏壓極性如何，電子都可以自由通過(guò)界面，此時(shí)的半導(dǎo)體與金屬的接觸狀態(tài)稱為歐姆接觸。當(dāng)p型半導(dǎo)體與金屬接觸，且M>S時(shí)，也形成歐姆接觸。電介質(zhì)物理基本概念：電介質(zhì)是在電場(chǎng)作用下具有極化能力并在其中長(zhǎng)期存在電場(chǎng)的一種物質(zhì)。電介質(zhì)具有極化能力和其中能夠長(zhǎng)期存在電場(chǎng)的性質(zhì)是電介質(zhì)的基本屬性。電介質(zhì)體內(nèi)一般沒(méi)有自由電荷，具有良好的絕緣性能。電介質(zhì)又可稱為絕緣材料（insulating material）或絕緣體（insulator）分為極性電介質(zhì)非極

14、性電介質(zhì)1、 極化，分子極化的來(lái)源分子極化的來(lái)源：電子位移極化：由于電場(chǎng)的作用，構(gòu)成它的原子、離子中的電子云將發(fā)生畸變，使電子云與原子核發(fā)生相對(duì)位移，在電場(chǎng)和恢復(fù)力的作用下，原子具有了一定的電偶極矩，這種電極化常被稱為電子的位移極化Pe。離子極化： 由于電場(chǎng)的作用，分子中正負(fù)離子發(fā)生相對(duì)位移（鍵間角或離子間距的改變），因而產(chǎn)生感應(yīng)電矩。這種電極化稱為離子的位移極化。偶極矩的轉(zhuǎn)向極化： 若分子具有固有電矩，而在外電場(chǎng)作用下，電矩的轉(zhuǎn)向所產(chǎn)生的電極化，稱為轉(zhuǎn)向極化Pd。2、 電子電導(dǎo)，離子電導(dǎo)（1）離子電導(dǎo)：各種離子型載流子在電場(chǎng)作用下的運(yùn)動(dòng)是一種在熱激活下越過(guò)勢(shì)壘的定向漂移。大部分電介質(zhì)的離子電

15、導(dǎo)是線性的，傳導(dǎo)電流正比于所加的電壓，符合歐姆定律。本征缺陷載流子 離子晶體中，束縛在晶格結(jié)點(diǎn)上的正、負(fù)離子在一般情況下是不能參與導(dǎo)電的。只有少量因熱缺陷而產(chǎn)生的，脫離格點(diǎn)的填隙離子及空格點(diǎn)的正負(fù)離子才能夠在電場(chǎng)的作用下作定向運(yùn)動(dòng)，參與導(dǎo)電過(guò)程。離子晶體中的熱缺陷主要有肖特基（Shottky）缺陷和弗蘭克爾（Frenkel）缺陷兩種。 雜質(zhì)缺陷載流子 實(shí)際電介質(zhì)材料中總是不可避免地存在著雜質(zhì)的。有時(shí)候，為了改進(jìn)材料的某些性質(zhì)還有意地添加各種類型的雜質(zhì)，稱為摻雜改性。 雜質(zhì)離子在晶格中產(chǎn)生點(diǎn)缺陷，破壞了晶格內(nèi)部勢(shì)場(chǎng)分布，從而使得晶格中的載流子易于在電場(chǎng)的作用下運(yùn)動(dòng)，增大電介質(zhì)的電導(dǎo)。復(fù)合缺陷在熱

16、離解后對(duì)于材料的電導(dǎo)有貢獻(xiàn)，因此影響材料電導(dǎo)率隨溫度的變化。 晶體中雜質(zhì)缺陷載流子的數(shù)量主要取決于材料的化學(xué)純度以及摻雜量，與溫度無(wú)關(guān)。質(zhì)子質(zhì)子是含有氫鍵物體中所特有的一種載流子。在特殊情況下，質(zhì)子可以在玻璃、聚合物等無(wú)定形物體中傳導(dǎo)電流。質(zhì)子電導(dǎo)與物體所吸附的水分有很大關(guān)系，并且對(duì)物體的表面電導(dǎo)影響很大。促進(jìn)電導(dǎo)率。（2） 電子電導(dǎo)：電介質(zhì)的電子電導(dǎo)主要是由雜質(zhì)本身以及由雜質(zhì)形成的各種缺陷，特別是俘獲了電子或空穴的各種復(fù)合缺陷在電場(chǎng)作用下發(fā)生電離造成的。此外，由外部電極注入材料內(nèi)部的電子所產(chǎn)生的影響也是不可忽視的?？蓜?dòng)電子與空穴，在電介質(zhì)內(nèi)部參與電流傳導(dǎo)過(guò)程時(shí)，可以分成兩種運(yùn)動(dòng)類型:漂移運(yùn)動(dòng)

17、和跳躍運(yùn)動(dòng)。電子電導(dǎo)的另一個(gè)重要特點(diǎn)是電流傳導(dǎo)的非線性關(guān)系。由于普爾-弗蘭克爾效應(yīng)和肖特基效應(yīng)，在不十分高的電場(chǎng)下，參與電流傳導(dǎo)的載流電子數(shù)與所加的電場(chǎng)有關(guān)。這就使得電流隨電壓的增加比歐姆定律所預(yù)期的來(lái)得快。非本征載流子： 電介質(zhì)中參與電流傳導(dǎo)的可動(dòng)電子和空穴主要是由雜質(zhì)引入的，雜質(zhì)對(duì)于材料電子結(jié)構(gòu)的影響取決于基質(zhì)和雜質(zhì)本身的電子結(jié)構(gòu)，對(duì)于金屬氧化物來(lái)說(shuō)，如果基質(zhì)和雜質(zhì)本身的禁帶都很寬，而且雜質(zhì)并沒(méi)有在晶格中產(chǎn)生點(diǎn)缺陷（相當(dāng)于等價(jià)代換），那么摻雜不會(huì)使材料的電子結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯的改變。注入載流子：肖特基注入和隧道注入是最主要的載流子注入機(jī)制。（3）表面電導(dǎo)：電介質(zhì)的體積電導(dǎo)在很大程度上反映了材料本

18、身的特征。電介質(zhì)的表面電導(dǎo)則不僅與介質(zhì)材料本身的性質(zhì)有關(guān)，而且在更大程度上取決于材料表面的濕潤(rùn)、氧化和沾污狀態(tài)。 三、電介質(zhì)的擊穿概念：固體電介質(zhì)的擊穿就是在電場(chǎng)作用下伴隨著熱、化學(xué)、力等的作用而喪失其絕緣性能的現(xiàn)象.特點(diǎn)：固體介質(zhì)的擊穿強(qiáng)度比氣體和液體介質(zhì)高固體通?？偸窃跉怏w或液體環(huán)境媒質(zhì)中固體介質(zhì)的擊穿一般是破壞性的，擊穿后在試樣留下貫穿的孔道、裂紋等不可恢復(fù)的傷痕 （1）電擊穿當(dāng)固體電介質(zhì)承受的電壓超過(guò)一定的數(shù)值VB時(shí)，就使其中相當(dāng)大的電流通過(guò)，使介質(zhì)喪失絕緣性能，這個(gè)過(guò)程就是電擊穿。產(chǎn)生機(jī)制：碰撞電離理論；雪崩理論；隧道擊穿（導(dǎo)致晶體擊穿的原因是由于隧道電流的增加，晶體局部溫度提高，致

19、使晶體局部熔融而破壞。）（2） 熱擊穿 當(dāng)固體電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下，由電導(dǎo)和介質(zhì)損耗所產(chǎn)生的熱量超過(guò)試樣通過(guò)傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射所能散發(fā)的熱量時(shí)，試樣中的熱平衡就被破壞，試樣溫度不斷上升，最終造成介質(zhì)永久性的熱破壞，這就是熱擊穿。（3） 局部放電擊穿局部放電就是在電場(chǎng)作用下，在電介質(zhì)局部區(qū)域中所發(fā)生的放電現(xiàn)象，這種放電沒(méi)有電極之間形成貫穿的通道，整個(gè)試樣并沒(méi)有被擊穿。局部放電將導(dǎo)致介質(zhì)的擊穿和老化。 一些因素對(duì)固體電介質(zhì)擊穿場(chǎng)強(qiáng)的影響： 固體介質(zhì)的擊穿場(chǎng)強(qiáng)往往取決于材料的均勻性； 大部分材料在交變電場(chǎng)下的擊穿場(chǎng)強(qiáng)低于直流下的擊穿場(chǎng)強(qiáng)。在高頻下由于局部放電的加劇，使得擊穿場(chǎng)強(qiáng)下降得更歷害，并且材料的介

20、電常數(shù)越大，擊穿場(chǎng)強(qiáng)下降得越多； 無(wú)機(jī)電介質(zhì)在高頻下的擊穿往往具有熱的特征，發(fā)生純粹電擊穿的情況并不多見； 在室溫附近，高分子電介的擊穿場(chǎng)強(qiáng)往往比陶瓷等無(wú)機(jī)材料要大，并且極大性高聚物的擊穿場(chǎng)強(qiáng)常常要比非極性的大； 在軟化溫度附近，熱塑性高聚物的擊穿場(chǎng)強(qiáng)急劇下降 鐵電物理一、自發(fā)極化如果晶胞本身的正、負(fù)電荷中心不相重合，即晶胞具有極性，那么，由于晶體構(gòu)造的周期性和重復(fù)性，晶胞的固有電矩便會(huì)沿著同一方向排列整齊，使晶體處在高度的極化狀態(tài)下，由于這種極化狀態(tài)是外場(chǎng)為零時(shí)自發(fā)地建立起來(lái)的，因此稱為自發(fā)極化。二、具有鐵電的晶體可以分為兩大類 具有鐵一類是以磷酸二氫鉀為代表的，具有氫鍵，它們從順電相到鐵電

21、相的過(guò)渡是無(wú)序到有序的相變 另一類則以鈦酸鋇為代表的，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 三、居里點(diǎn)、過(guò)渡點(diǎn)的區(qū)別 當(dāng)溫度高于某一臨界溫度Tc時(shí)，晶體的鐵電性消失，而且晶格結(jié)構(gòu)也發(fā)生轉(zhuǎn)變，這一溫度是鐵電體的居里點(diǎn) 。 如果晶體具有兩個(gè)或多個(gè)鐵電相時(shí)，表征順電相與鐵電相之間的一個(gè)相變溫度才是居里點(diǎn)，而把鐵電體發(fā)生相變時(shí)的溫度統(tǒng)稱為過(guò)渡溫度或轉(zhuǎn)變溫度。由于極化的非線性，鐵電體的介電系數(shù)不是常數(shù)，而是依賴于外加電場(chǎng)的。鐵電體在過(guò)渡溫度附近介電系數(shù)具有很大的值，數(shù)量級(jí)達(dá)到104105。四、鐵電體電滯回線 鐵電體的自發(fā)極化在外電場(chǎng)作用下的重行定向并不是連續(xù)發(fā)生的，而是在外電場(chǎng)超過(guò)某

22、一臨界場(chǎng)強(qiáng)時(shí)發(fā)生的。這就使得極化強(qiáng)度P滯后于外加電場(chǎng)E。當(dāng)電場(chǎng)發(fā)生周期性變化時(shí)，P 和E 之間便形成電滯回線關(guān)系 假設(shè)客觀存在鐵電體在外電場(chǎng)為零時(shí)，晶體中的各電疇互相補(bǔ)償，晶體對(duì)外的宏觀極化強(qiáng)度為零，晶體的狀態(tài)處在圖上的O點(diǎn) O點(diǎn)經(jīng)A點(diǎn)達(dá)到B點(diǎn)： 沿著晶體某一可能產(chǎn)生自發(fā)極化的方向加上電場(chǎng)，當(dāng)電場(chǎng)超過(guò)電疇反轉(zhuǎn)的臨界電場(chǎng)時(shí)（圖上的A點(diǎn)），與外場(chǎng)方向不一致的反平行疇與正交疇中便有許多新疇產(chǎn)生。隨著新疇的不斷產(chǎn)生和90°疇壁的側(cè)向移動(dòng)，與電場(chǎng)方向不一致的疇逐漸消失，沿著電場(chǎng)方向的電疇逐漸擴(kuò)大，直到晶體中所有電疇均轉(zhuǎn)向外電場(chǎng)方向，整個(gè)晶體變成一個(gè)單一的極化疇 這時(shí)所有電疇均沿著外場(chǎng)取向，達(dá)到

23、了飽和狀態(tài)。電場(chǎng)繼續(xù)增加時(shí)，極化強(qiáng)度已不可能由于疇的轉(zhuǎn)向而大幅度地增加，只能像普通電介質(zhì)一樣，通過(guò)電子和離子的位移極化沿著直線BC稍稍增加到達(dá)C點(diǎn)后，如果減少外電場(chǎng)，極化強(qiáng)度沿著CB緩緩下降。當(dāng)外電場(chǎng)下降到零時(shí)，極化強(qiáng)度并不沿著原路返回零點(diǎn)，而是大體保持著在強(qiáng)電場(chǎng)下的狀態(tài)，并有少數(shù)最不穩(wěn)定的區(qū)域分裂出反向電疇 晶體極化強(qiáng)度沿著CB下降到D點(diǎn)，這時(shí)的剩余極化強(qiáng)度為Pr 。剩余極化強(qiáng)度Pr比自發(fā)極化強(qiáng)度Ps小。 為了從電滯回線上獲得Ps的數(shù)值，需要把電滯回線的飽和支CB外推到電場(chǎng)為零時(shí)在極化軸上的截距E點(diǎn)(OE)。剩余極化全部去除所需的反向電場(chǎng)強(qiáng)度稱為矯頑電場(chǎng)強(qiáng)度。電場(chǎng)繼續(xù)在反方向上增加時(shí)，極化強(qiáng)

24、度經(jīng)點(diǎn)到達(dá)G點(diǎn)使所有電疇都在反方向上定向。 當(dāng)反向電場(chǎng)重新下降并改變其方向時(shí)，則和前面的過(guò)程相似，經(jīng)由GH返回到C點(diǎn)，完成整個(gè)電滯回線CDGHC。電場(chǎng)每變化一周，上述循環(huán)發(fā)生一次 五、鐵電體物理效應(yīng)壓電效應(yīng)對(duì)于不存在對(duì)稱中心的晶體，加在晶體上的外力除了使晶體發(fā)生形變以外，同時(shí)，還將改變晶體的極化狀態(tài)，在晶體內(nèi)部建立電場(chǎng)，這種由于機(jī)械力的作用而使介質(zhì)發(fā)生極化的現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。反之，如果把外電場(chǎng)加在這種晶體，改變其極化狀態(tài)，晶體的形狀也將發(fā)生變化，這就是逆壓電效應(yīng)。二者統(tǒng)稱為壓電效應(yīng)。壓電振子及其參數(shù)若壓電振子是具有固有振動(dòng)頻率fr的彈性體，當(dāng)施加于壓電振子上的激勵(lì)信號(hào)頻率等于fr時(shí)，壓電振子

25、由于逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生機(jī)械諧振，這種機(jī)械諧振又借助正壓電效應(yīng)而輸出電信號(hào)。電致伸縮任何電介質(zhì)在外電場(chǎng)E 的作用下都會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力，這種應(yīng)力的大小與E 的二次項(xiàng)成線性關(guān)系，稱這種效應(yīng)為電致伸縮。電致伸縮效應(yīng)與壓電效應(yīng)的區(qū)別在于：前者是二次效應(yīng)，在任何電介質(zhì)中均存在；而后者是一次效應(yīng)，只可能出現(xiàn)于沒(méi)有中心對(duì)稱的電介質(zhì)中。對(duì)于壓電體，在外電場(chǎng)作用下一次的壓電效應(yīng)和二次的電致伸縮效應(yīng)同時(shí)出現(xiàn)。一般說(shuō)來(lái)，一次效應(yīng)比二次效應(yīng)顯著。電致伸縮是一種非線性效應(yīng)。熱釋電效應(yīng)如果晶體是在機(jī)械夾持狀態(tài)下加熱的，即晶體的體積和外形被強(qiáng)制地保持不變，這時(shí)所觀察到的熱釋電效應(yīng)為第一類熱釋電效應(yīng)。 如果晶體在機(jī)械自由狀態(tài)下加熱，那么晶體將因受熱