鐵電體的結構相變

1、. .鐵電體的構造相變系 別：材料工程系 學生*： 牛佳偉 專業(yè)班級：材料成型與控制技術材料一班學 號：指導教師： X永超 2011 年 9 月26日獨創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的畢業(yè)論文是我個人在導師指導下進展的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中已經標明引用的內容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究做出奉獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律結果由本人承擔。論文作者簽名：牛佳偉 日期： 2021 年9月 26 日畢業(yè)論文使用授權書本畢業(yè)論文作者完全了解學校有關保存、使用畢業(yè)論文的規(guī)定，即：學校有權保存并向有關部門或機構送交論

2、文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權*職業(yè)技術學院要以將本論文的全部或局部內容編入有關數據庫進展檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本論文。 *，在_年解密后適用本授權書. 本論文屬于 不*。請在以上方框內打“畢業(yè)論文作者簽名： 指導教師簽名：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.(2)1.3 鐵電梯的分類(2)2 數據倉庫技術(鐵電體的構造相變)2.1 有序無序型相轉變鐵電體自發(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的研究進展。用來模擬多晶生長的動力學特性，這又為我們研究鐵電陶瓷的物理性質提供了一條途徑。有效場方法是另一個描寫鐵電相變的簡單而且實用的方法，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，以及量子起伏對鐵電相變過程的影響。 第一原理計算方法近幾年被廣泛用于研究鐵電體電子構造和相關物理性質。隨著計算軟件和計算機硬件體系的開展，由這一方法不僅可以得到塊體材料的電子構造，多數軟件具有進展幾何構造優(yōu)化的功能，而且局部計算能夠進展極化強度以及壓電性質的計算。通過適當模型的構建

4、，第一原理計算方法已經應用于外表界面、具有摻雜和氧空位等缺陷體系物理性質的研究。這種方法為實現材料性能的理論設計提供了一個有利的工具。在第一原理計算的根底上，結合分子動力學模擬、格林函數等方法，可以進展有限溫度下的動力學性質研究。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，但是鐵電性的許多根本物理問題遠沒有很好的解決，例如鐵電體自發(fā)極化產生的物理機制，以及弛豫鐵電體所表現出的奇異的物理性質。這些根本問題的完善解決有待于理論和實驗工作者的共同努力。關鍵詞：鐵電體；構造；- 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具有自發(fā)極化，而且其自發(fā)極化方向可以

5、因外電場方向的反向而反向，晶體的這種性質稱為鐵電性，具有鐵電性的晶體稱為鐵電體。它之所以稱為鐵電體，是因為它與鐵磁體在許多物理性質上有一一對應之處，如電滯回線對應磁滯回線，電疇對應磁疇，順電-鐵電相變對應順磁-鐵磁相變、電矩對應磁矩等等，而并非晶體中一定含有“鐵。至于一種晶體是否是鐵電體，我們并不能根據其內部構造的對稱性來預測，只能通過實驗來測定。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。1.2 鐵電體的介電系數通常所說的介電系數是在小訊號電場作用下測得的介電系數定義為鐵電體的介電系數，又稱為微分介電系數，其數學定義式為1.3 鐵電體的分類1按相變的微觀構

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變鐵電體，具有氧八面體構造。典型物質有鈦酸鋇、鈮酸鎘、鈮酸鍶。成因是：居里點以下，氧八面體中心離子產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：氫鍵的協調作用而使偶極子自發(fā)地有序排列從而產生自發(fā)極化。此類方法方便于分析理解鐵電性的起因。2按結晶化學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： 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造單元的，并在氧離子間隙中填有高價正離子。典型物質有：BaTiO3 KNbO3 KTaO3等3按極化軸多少分類 單晶軸極化：極化只能沿一個晶軸方向極化的鐵電體。典型物質：RS、KDP 多晶軸極化：極化可以沿多個晶軸方向極化的鐵電體。典型物質：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有無對稱中心分類無對稱性鐵電體：一般具有壓電效應。典型物質鉭鈮酸鉀KTN、磷酸二氫鉀KDP 有對稱性鐵電體：一般無壓電效應。典型物質：BaTiO3、三苷肽硫酸TGS 適用于鐵電相變的熱力學處理。第2章鐵電體的構造相變2.1有序無序型相轉變鐵電體自

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時取得a軸方向的兩個最大值，其他方向的介電系數幾乎不隨溫度的變化而變化。3在自發(fā)極化區(qū)域之外的居里點附近滿足居里-外斯定律：4自發(fā)形變大，壓電模數大。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從室溫附近開場隨溫度的下降，c向介電系數迅速增加到居里點極大值，而隨溫度下降c向介電系數迅速下降，a向介電系數隨溫度的下降變化不明顯。居里點的50的范圍之內服從居里-外斯定

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

10、不同，存在熱滯回線4a向介電系數與c向介電系數相差很大5多晶體的介電系數6四角相BaTiO3的構造軸長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 對鐵電體的其他轉變溫度處，介電性能也會出現類似反常變化，其反常程度比居里點處低，較小很多，且與溫度無關，故可以忽略致謝通過這次的畢業(yè)設計，我對電介質物理等系列知識都有了一定的了解。由于在此之前對于鐵電晶體知識的了解不是很多，所以從一開場

11、就碰到許多困難。通過在網上尋找有關資料、指導教師以及同學的幫助下最后都得到了解決。在整個設計階段感受最為深刻的是掌握學習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，才是解決問題的關鍵，另外一個就是解決問題的方法，就像我在解決設計中的很多問題一樣，一開場總是在看書，和書上的進展比對，雖然書本上的只是大局部都是有價值，正確的，但實際上每個人設計的思路和對知識點處理的方法、思想都是不同的，這就要求我們一定要通過實踐才能找到解決問題的方案。在整個畢業(yè)設計的過程中，我深刻的體會到了這一點的重要性，也牢記住了這一點，在今后的學習和研究中我也會繼續(xù)將這種方法延續(xù)下去。在整個設計過程中，有很多人對任務的完成給予了重要的支持和幫助。感