第六章 鐵電體性能及其微結(jié)構(gòu) 01

1、1第六章第六章 材料的介電特性材料的介電特性 將大部分非金屬材料插入兩個(gè)導(dǎo)體之間，會(huì)起分隔作用，既材料中不會(huì)產(chǎn)生電荷的長(zhǎng)程遷移，但存在電荷的短程位移與運(yùn)動(dòng)。這類能產(chǎn)生電荷的短程位移與運(yùn)動(dòng)材料稱為電介質(zhì)材料。 材料的介電性能主要描述與電荷的短程位移與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的物理性能。 6.1 電介質(zhì)基本概念電介質(zhì)基本概念2一、極化 電 介質(zhì)在外加電場(chǎng)Ev/m作用下，正負(fù)電荷中心將發(fā)生偏移，即產(chǎn)生電偶極矩pcm。 單位體積中電偶極矩的總和稱為極化強(qiáng)度PC/m2。即電介質(zhì)中的電荷短程位移將抵消部分外電場(chǎng)。 3 總電荷中的自由電荷部分將構(gòu)成一個(gè)與外電場(chǎng)同相的電場(chǎng)，被極化抵消的另一部分電荷構(gòu)成一與外電場(chǎng)反向的電場(chǎng)，這

2、一部分電荷稱為束縛電荷。4 極化強(qiáng)度P可理解為束縛電荷的表面電荷密度其等價(jià)于電介質(zhì)單位體積中的偶極矩，即： P = N p P= E - 0 E = 0 E （ / 0 -1） K = / 0 為極化率，反映存儲(chǔ)電荷能力的大小。 用電場(chǎng)強(qiáng)度E與極化強(qiáng)度P的和來表示總的電通量密度即電位移D。 D =0 E + P = E單位體積中的偶極子個(gè)數(shù)介電常數(shù)5二、極化機(jī)理二、極化機(jī)理電子極化：起源子電子云的中心在外電場(chǎng)作用下與原于核產(chǎn)生相對(duì)位移。離子極化：離子極化起源于正負(fù)離子的相對(duì)位移。+-+_6取向極化：永久電偶極矩沒有電場(chǎng)作用時(shí)即存在，在外電場(chǎng)作用下趨于定向排列，從而導(dǎo)致取向極化增大?？臻g極化：起

3、因于可動(dòng)電荷的不均勻分布。負(fù)電荷正電荷7 總的極化率為各種極化的貢獻(xiàn)之疊加：k= ke +ki+ ko+ ks 89101112三、 介電弛豫 極化適應(yīng)外電場(chǎng)頻率變化的能力是不一樣的。極化子質(zhì)量較大的空間極化與取向極化，由于慣性大，無法跟隨高額電場(chǎng)變化，只在較低頻率下起作用。起因于離子位移的離子極化能適應(yīng)更高的頻率(約1013Hz)。電子云的變形引起的電于極化則有極高的適應(yīng)速度(約1016Hz)。 由于上述原因，介電常數(shù)隨測(cè)試頻率增高而單調(diào)減少。這一現(xiàn)象稱為介電弛豫。豫。 13 離子極化離子極化和和電子極化電子極化均與晶格有著強(qiáng)烈的相互作用，介電常數(shù)在特定均與晶格有著強(qiáng)烈的相互作用，介電常數(shù)在

4、特定的頻率下由于共振而呈極大值，即表現(xiàn)出共鳴型的頻率下由于共振而呈極大值，即表現(xiàn)出共鳴型介電弛豫。因此，介電常數(shù)。因此，介電常數(shù)隨頻率的變化在微波、紅外及紫外頻段有異常存在。隨頻率的變化在微波、紅外及紫外頻段有異常存在。14四、介電損耗 對(duì)于各向同性介質(zhì)，電場(chǎng)強(qiáng)度E、極化強(qiáng)度P、電通量密度即電位移D的方向保持一致，但對(duì)于晶體這三個(gè)矢量的方向經(jīng)常不一致15v 極化不能跟上外電場(chǎng)頻率變化而出現(xiàn)介電弛豫，即會(huì)產(chǎn)生介電損耗。介電損耗，極化與外介電損耗，極化與外電場(chǎng)的位相差電場(chǎng)的位相差1617 6.2 鐵電體、反鐵電體與壓電體鐵電體、反鐵電體與壓電體 電介質(zhì)在外加電場(chǎng)作用產(chǎn)生極化，極化強(qiáng)度與宏觀電場(chǎng)E

5、成正比，為線性介質(zhì)線性介質(zhì)。 沒有外電場(chǎng)作用時(shí)也存在自發(fā)極化的晶體稱為極性晶體，自發(fā)極化方向能隨電場(chǎng)改變的晶體稱為鐵電體。 鐵電體在性能上表現(xiàn)為強(qiáng)烈的電場(chǎng)、溫度與頻率敏感性。鐵電體的極化強(qiáng)度P(或電位移D)與電場(chǎng)強(qiáng)度E之間存在強(qiáng)烈非線性關(guān)系非線性關(guān)系(即電滯回線)。一、鐵電體一、鐵電體P的變化落后于E，具有剩極化，即電滯效應(yīng)起始極化曲線opops s；剩極化強(qiáng)度Pr飽和極化強(qiáng)度Ps矯頑電場(chǎng)-Ec 電滯回線-不可逆過程 鐵電體在交變電場(chǎng)的作用下，它的尺寸形狀會(huì)隨之變化，形成電致伸縮。-EcEcEPrPPsO 疇結(jié)構(gòu) 疇是原子或離子極化子有序排列的區(qū)域。通常每個(gè)疇內(nèi)原子或離子作周期性重復(fù)排列，疇與

6、疇之間有邊界疇壁。疇的大小、形貌、取向和對(duì)稱性取決于材料的內(nèi)稟性質(zhì)（如交換能、各向異性能、形變能和缺陷等）及外場(chǎng)和溫度的變化。 鐵電疇：相鄰兩疇的自發(fā)極化方向呈反平行方向排列的疇稱鐵電疇：相鄰兩疇的自發(fā)極化方向呈反平行方向排列的疇稱180度疇，相度疇，相鄰兩疇的自發(fā)極化方向呈鄰兩疇的自發(fā)極化方向呈90度稱度稱90度疇，其間的疇壁分別稱度疇，其間的疇壁分別稱180度和度和90度疇壁。度疇壁。由于晶粒取向是隨機(jī)的，在沒有外電場(chǎng)時(shí)，整個(gè)晶體宏觀上不顯示電偶極矩。由于晶粒取向是隨機(jī)的，在沒有外電場(chǎng)時(shí)，整個(gè)晶體宏觀上不顯示電偶極矩。二、二、 鐵電相變鐵電相變 鐵電體對(duì)應(yīng)于一類典型的相變，即從高溫相(順電

7、相)轉(zhuǎn)變成有自發(fā)極化的低溫相(鐵電相)，這一相變溫度即為curie溫度。這里，高溫相為高對(duì)稱性的非極性相，而低溫相為非中心對(duì)稱的極性相。 沿一個(gè)晶軸方向極化從順電相到鐵電相的過渡時(shí)無序有序相變。 可以沿幾個(gè)晶軸極化，為位移型相變，從順電相到鐵電相的過渡是兩個(gè)子晶格之間發(fā)生位移。 三、鐵電體的發(fā)現(xiàn)三、鐵電體的發(fā)現(xiàn) 1920年發(fā)現(xiàn)酒石酸鉀鈉NaK（C4H4O64H2O）類似于磁滯回線的電滯回線。 1935年至1938年，發(fā)現(xiàn)磷酸二氫鉀（KDP）也具有類似于酒石酸鉀鈉特殊介電行為，KDP具有壓電效應(yīng)，是無序有序相變的軟鐵電體，在二次大戰(zhàn)期間在水聲方面得到了廣泛應(yīng)用。 1945年科學(xué)家找到了室溫相對(duì)介

8、電常數(shù)高達(dá)1000-3000的鈦酸鋇（BT）陶瓷。報(bào)道了BT陶瓷的鐵電性是位移型的硬鐵電體。 BT晶體具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，每個(gè)晶胞只有5個(gè)原子，具有此種結(jié)構(gòu)的鐵電體在目前已發(fā)現(xiàn)的一千多種鐵電晶體中所占分額最大。 四、鐵電晶體結(jié)構(gòu) 鐵電陶瓷從晶體結(jié)構(gòu)上看，主晶相具有每個(gè)晶跑內(nèi)部因正負(fù)電荷的中心不重合正負(fù)電荷的中心不重合，產(chǎn)生了自發(fā)極化自發(fā)極化，形成偶極子。眾多極化方向相同的晶胞構(gòu)成了電疇，電疇又構(gòu)成了晶粒。五、五、 反鐵電體反鐵電體 對(duì)于某些離子晶體，自發(fā)極化反向排列較之平行排列時(shí)，極化子的相互作用能更低，因而趨于反向排列。這類晶體成為反鐵電體，其P- E關(guān)系為雙電滯回線。 材料在電場(chǎng)達(dá)到某一臨界值

9、之前表現(xiàn)為線性關(guān)系，而超過臨界電場(chǎng)后則出現(xiàn)電滯回線。這一現(xiàn)象對(duì)應(yīng)于電場(chǎng)誘導(dǎo)的鐵電反鐵電相變。如三氧化鎢，鋯酸鉛六、壓電體六、壓電體 某些晶體(無對(duì)稱中心)在應(yīng)力場(chǎng)X作用下，會(huì)產(chǎn)生極化 。相反，這類晶體在電場(chǎng)作用下則產(chǎn)生位移。上述現(xiàn)象分別稱為壓電效應(yīng)與逆壓電效應(yīng)，這類晶體稱為壓電體。壓電效應(yīng)可表示為： P = E+dX x = dE+sX（一）石英晶體的壓電效應(yīng)（一）石英晶體的壓電效應(yīng)天然結(jié)構(gòu)石英晶體的理想外形是一個(gè)正六面體，在晶體天然結(jié)構(gòu)石英晶體的理想外形是一個(gè)正六面體，在晶體學(xué)中它可用三根互相垂直的軸來表示，其中縱向軸學(xué)中它可用三根互相垂直的軸來表示，其中縱向軸ZZ稱為稱為光軸光軸；經(jīng)過正六

10、面體棱線，并垂直于光軸的；經(jīng)過正六面體棱線，并垂直于光軸的XX軸稱為軸稱為電軸電軸；與；與XX軸和軸和ZZ軸同時(shí)垂直的軸同時(shí)垂直的YY軸軸（垂直于正六面體的棱面）稱為（垂直于正六面體的棱面）稱為機(jī)械軸機(jī)械軸。ZXY(a)(b)石英晶體(a)理想石英晶體的外形 (b)坐標(biāo)系ZYX通常把沿電軸通常把沿電軸XX方向方向的力作用下產(chǎn)生電荷的的力作用下產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)稱為壓電效應(yīng)稱為“縱向壓縱向壓電效應(yīng)電效應(yīng)”，而把沿機(jī)械，而把沿機(jī)械軸軸YY方向的力作用下方向的力作用下產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)稱產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)稱為為“橫向壓電效應(yīng)橫向壓電效應(yīng)”，沿光軸沿光軸ZZ方向受力則方向受力則不產(chǎn)生壓電效應(yīng)。不產(chǎn)生壓

11、電效應(yīng)。 石英晶體具有壓電效應(yīng)，是由其內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的。石英晶體具有壓電效應(yīng)，是由其內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的。組成石英晶體的硅離子組成石英晶體的硅離子Si4+和氧離子和氧離子O2-在在Z平面投影，平面投影，如圖如圖(a)。為討論方便，將這些硅、氧離子等效為圖為討論方便，將這些硅、氧離子等效為圖(b)中正六邊形排列，圖中中正六邊形排列，圖中“”代表代表Si4+，“”代表代表2O2-。 (b)(a)+-YXXY硅氧離子的排列示意圖(a) 硅氧離子在Z平面上的投影（b）等效為正六邊形排列的投影+ 當(dāng)作用力當(dāng)作用力FX=0時(shí)，正、負(fù)離子時(shí)，正、負(fù)離子（即（即Si4+和和2O2-）正好分布在正六邊形正好分布在正六邊

12、形頂角上，形成三個(gè)互成頂角上，形成三個(gè)互成120 夾角的偶夾角的偶極矩極矩P1、P2、P3，如圖（如圖（a）所示。此所示。此時(shí)正負(fù)電荷中心重合，電時(shí)正負(fù)電荷中心重合，電偶極矩的矢偶極矩的矢量和等于零，即量和等于零，即 P1P2P30 當(dāng)晶體受到沿當(dāng)晶體受到沿X方向的壓力（方向的壓力（FX0在在Y、Z方向上的分量為方向上的分量為（P1+P2+P3）Y=0 （P1+P2+P3）Z=0由上式看出，在由上式看出，在X軸的正向出現(xiàn)正電軸的正向出現(xiàn)正電荷，在荷，在Y、Z軸方向則不出現(xiàn)電荷。軸方向則不出現(xiàn)電荷。Y+-X(a) FX=0P1P2P3FXXY+FX(b) FX0+-P1P2P3可見，當(dāng)晶體受到沿

13、可見，當(dāng)晶體受到沿X(電軸電軸)方向的力方向的力FX作用時(shí)，它在作用時(shí)，它在X方向產(chǎn)生正壓電效應(yīng)，而方向產(chǎn)生正壓電效應(yīng)，而Y、Z方向則不產(chǎn)生壓電效應(yīng)。方向則不產(chǎn)生壓電效應(yīng)。晶體在晶體在Y軸方向力軸方向力FY作用下的情況與作用下的情況與FX相似。當(dāng)相似。當(dāng)FY0時(shí)，晶體的形變與圖（時(shí)，晶體的形變與圖（b）相似；當(dāng)相似；當(dāng)FY0時(shí)，則與圖時(shí)，則與圖（c）相似。由此可見，晶體在相似。由此可見，晶體在Y（即機(jī)械軸）方向的力即機(jī)械軸）方向的力FY作用下，使它在作用下，使它在X方向產(chǎn)生正壓電效應(yīng)，在方向產(chǎn)生正壓電效應(yīng)，在Y、Z方向方向則不產(chǎn)生壓電效應(yīng)。則不產(chǎn)生壓電效應(yīng)。 （P1+P2+P3）X0Y+-X-

14、+FXFXP2P3P1+ 當(dāng)晶體受到沿當(dāng)晶體受到沿X方向的拉力（方向的拉力（FX0）作用時(shí)，其變化）作用時(shí)，其變化情況如圖（情況如圖（c）。此時(shí)電極矩的三個(gè)分量為）。此時(shí)電極矩的三個(gè)分量為在在X軸的正向出現(xiàn)負(fù)電荷，在軸的正向出現(xiàn)負(fù)電荷，在Y、Z方向則不出現(xiàn)電荷。方向則不出現(xiàn)電荷。 晶體在晶體在Z軸方向力軸方向力FZ的作用下，因?yàn)榫w沿的作用下，因?yàn)榫w沿X方向和方向和沿沿Y方向所產(chǎn)生的方向所產(chǎn)生的正應(yīng)變正應(yīng)變完全相同，所以，正、負(fù)電荷完全相同，所以，正、負(fù)電荷中心保持重合，電偶極矩矢量和等于零。這就表明，沿中心保持重合，電偶極矩矢量和等于零。這就表明，沿Z(即光軸即光軸)方向的力方向的力FZ作

15、用下，晶體不產(chǎn)生壓電效應(yīng)。作用下，晶體不產(chǎn)生壓電效應(yīng)。 假設(shè)從石英晶體上切下一片平行六面體假設(shè)從石英晶體上切下一片平行六面體晶體切晶體切片，使它的晶面分別平行于片，使它的晶面分別平行于X、Y、Z軸，如圖。并在垂軸，如圖。并在垂直直X軸方向兩面用真空鍍膜或沉銀法得到電極面。軸方向兩面用真空鍍膜或沉銀法得到電極面。 當(dāng)晶片受到沿當(dāng)晶片受到沿X軸方向軸方向的壓縮力的壓縮力Fx作用時(shí)，晶片作用時(shí)，晶片將產(chǎn)生厚度變形，在垂直將產(chǎn)生厚度變形，在垂直于電軸的兩表面產(chǎn)生電荷于電軸的兩表面產(chǎn)生電荷。ZYXbl石英晶體切片t壓電陶瓷壓電陶瓷 若陶瓷的主晶相為鐵電體，外加電場(chǎng)使電疇重新排列，各個(gè)晶粒的自發(fā)極化方向趨

16、于一致，對(duì)外就顯示宏觀的剩余極化，原來相互抵消的各個(gè)晶粒本身所固有的壓電效應(yīng)便對(duì)外呈現(xiàn)出宏觀的壓電效應(yīng)，于是鐵電陶瓷就變成了壓電陶瓷。壓電陶瓷及壓電機(jī)理壓電陶瓷及壓電機(jī)理 壓電陶瓷絕大部分是具有自發(fā)極化的鐵電材料，如鈦酸鋇、鈦酸鉛、鋯酸鉛、鋯鈦酸鉛等。 極化后的壓電材料，因極化時(shí)電疇的轉(zhuǎn)動(dòng)，c軸方向與極化方向基本一致，去除外加電場(chǎng)后，陶瓷內(nèi)部就產(chǎn)生了剩余極化強(qiáng)度，陶瓷表面就產(chǎn)生了束縛電荷。 6.3 鐵電陶瓷的性能與微結(jié)構(gòu)關(guān)系鐵電陶瓷的性能與微結(jié)構(gòu)關(guān)系 氧化物鐵電體主要出現(xiàn)于鈣鈦礦、鎢青銅、焦綠等的層狀化合物等晶體結(jié)構(gòu)中。 其結(jié)構(gòu)均為Ti4+、Nb5+ 離子為中心的氧八面體的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這些遷移元

17、素能形成極化率很大的能動(dòng)離子，產(chǎn)生大介電常數(shù)。 Ti的電子能量與3d、4s及4P軌道有關(guān)，這些軌道與鄰接的6個(gè)O2-的-與-軌道雜化，以(TiO 6)8-絡(luò)合物形式形成多種分子軌道。正八面體通過變形降低對(duì)稱性，能使其結(jié)合能降低，導(dǎo)致自發(fā)極化、鐵電狀態(tài)與大介電常數(shù)的實(shí)現(xiàn)。 對(duì)于電介質(zhì)陶瓷的極化與變形有貢獻(xiàn)的另一類能動(dòng)離子是孤對(duì)離子。孤對(duì)離子在外側(cè)的非對(duì)稱雜化軌道中有2個(gè)電子。氧化物中最重要的孤對(duì)離子是Pb2+與Bi3+。BaTiO 3鐵電陶瓷鐵電陶瓷 立方晶系的BaTiO 3(空間點(diǎn)群m3m)在某一特定溫度(約130)以下，由于正離子Ti4+與Ba 2+將相對(duì)于負(fù)離子O2-發(fā)生相對(duì)位移，從而產(chǎn)生

18、自發(fā)極化，晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成正方晶(空間點(diǎn)群4mm)。 鐵電體的晶體結(jié)構(gòu)和成鍵特點(diǎn)和電子分布鐵電體的晶體結(jié)構(gòu)和成鍵特點(diǎn)和電子分布 鐵電體的晶體結(jié)構(gòu)：層狀鈣鈦礦型。 鐵電體的成鍵特點(diǎn)和電子分布：正離子為多層多電子型，以較弱的離子鍵成鍵。 BaTiO3晶體結(jié)構(gòu)中，Ti-O-Ti以網(wǎng)格狀分布在一層中，Ba離子單獨(dú)于一層中。BaTiO3 的電子構(gòu)型的電子構(gòu)型vBa正離子:vTi正離子：vO負(fù)離子：621062106262255444333221PSdPSdPSPSS6262233221PSPSS622221PSSBaTiO3極化特性的解釋極化特性的解釋 Ba離子核外空軌道：4f.5p.5d.6S。能量均較

19、低，可以比較容易地容納電子。 Ti-O-Ti層電子丟失 ：Ba外層電子軌道俘獲從Ti-O-Ti層偏移來電子 外電場(chǎng)E作用下發(fā)生晶體內(nèi)電子的偏移 電滯（Pr）出現(xiàn)：電子在Ba層中的滯留 正反電滯的出現(xiàn)：BaTiO3晶體層狀對(duì)稱性，反向電場(chǎng)(-E)使電子偏向Ti-O-Ti層另一側(cè)的Ba層，表現(xiàn)為反向的電滯（-Pr）。 Pr的出現(xiàn)使電滯回線不再沿開始的極化曲線返回原點(diǎn) ，出現(xiàn)鐵電現(xiàn)象。 BaTiO3是較早發(fā)現(xiàn)的一種鈣鈦礦型鐵電體。它在130以上為順電相（也稱原型相），晶體為立方晶系，無自發(fā)極化；1300晶體為四方晶系，自發(fā)極化沿c軸001方向；0-90 為斜方晶系，自發(fā)極化沿011方向；-90 以下

20、為菱形結(jié)構(gòu)，自發(fā)極化沿111方向。 其他鐵電體材料其他鐵電體材料 含鉍層狀結(jié)構(gòu)是一種類鈣鈦礦層復(fù)合氧化物。它是由鉍層與類鈣鈦礦層交替排列而成，通式為Ax-1Bi2BxO3x+3。其中A為Bi3+，Re3+，Ba2+，Sr2+，K+，Na+等，B為Co3+，Cr3+，Ti4+，Nb5+等。x為兩(Bi2O2)2+間氧八面體的數(shù)目，(x-1)為贗鈣鈦礦層數(shù)。 鈮酸鋰LiNbO3是迄今已知的居里點(diǎn)為1210，且自發(fā)極化最高（室溫時(shí)約為0.70C/m2）的鐵電體。BaTiO3基固溶體基固溶體 鈣鈦礦結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，高溫下易變成各種六方晶的多形體，可通過改變晶體結(jié)構(gòu)來改變性能:u離子半徑較小的2價(jià)離于置換B

21、a2+；u離于半徑較大的4價(jià)離子置換Ti4+ ；u離子半徑較小的4價(jià)離子置換Ti4+ ；u異價(jià)離子置換Ba2+或Ti4+ ，即所謂的施主或受主摻雜。 離子半徑較小的2價(jià)離子置換Ba2+ ，可改變BaTiO3的相變溫度， Pb2+ 使居里點(diǎn)升高， Sr2+使居里點(diǎn)降低 半徑較大的4價(jià)離子置換Ti4+ ，使高溫相變溫度降低，低溫相變溫度升高。 半徑較小的4價(jià)離子置換Ti4+ 形成非鐵電的對(duì)形體結(jié)構(gòu)，降低介電常數(shù)，減低介電損耗。一、一、 介電損耗的起源介電損耗的起源1. 疇壁與介電損耗 疇壁對(duì)于溫度低于Tc時(shí)的介電損耗貢獻(xiàn)很大，即疇壁在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)從而消耗能量。BaTiO3中存在可動(dòng)性不同的幾

22、類疇壁。正方晶的BaTiO 3中存在1800疇壁、帶電的900疇壁與不帶電的900疇壁。由于900疇壁伴隨較大的機(jī)械應(yīng)力，1800疇壁較之900疇壁易于運(yùn)動(dòng)。疇壁的運(yùn)動(dòng)疇壁的運(yùn)動(dòng) 鐵電疇在外場(chǎng)作用下的極化反轉(zhuǎn)（開關(guān)）;極化反轉(zhuǎn)過程極化反轉(zhuǎn)過程 疇壁的運(yùn)動(dòng) 試驗(yàn)表明，極化反轉(zhuǎn)過程是新疇成核、長(zhǎng)大、擴(kuò)張和合并的過程，也是疇壁運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。 鐵電在外場(chǎng)作用下的疇壁運(yùn)動(dòng)，特別是90 度疇在高頻交變電場(chǎng)下的諧振弛豫是介質(zhì)損耗和疲勞的一個(gè)主要原因。1. 疇壁的釘扎與介電損耗疇壁的釘扎與介電損耗 低溫范圍疇壁運(yùn)動(dòng)對(duì)損耗占優(yōu)勢(shì)， 摻雜對(duì)疇壁運(yùn)動(dòng)有影響: 晶格缺陷對(duì)沿著自發(fā)極化的方向形成偶極子，穩(wěn)定疇壁； 點(diǎn)缺陷

23、擴(kuò)散至疇壁固定疇壁； 晶界部位缺陷調(diào)整其位置以補(bǔ)償極化電荷，重新穩(wěn)定疇結(jié)構(gòu)并釘扎疇壁。 鈣鐵礦結(jié)構(gòu)中相鄰氧離子的距離明顯小于相鄰BaBa或TiTi間的距離，氧空位的擴(kuò)散速度將明顯大于陽離子擴(kuò)散速度。因此，產(chǎn)生氧空位的受主摻雜具有更強(qiáng)的疇壁釘扎效果，氧空位降低tan ，降低介電損耗。2. 陽離子與陰離子空位陽離子與陰離子空位摻雜產(chǎn)生陽離子或陰離子空位。 La3+與Nb5+等施主離子摻雜會(huì)在BaTiO3中產(chǎn)生陽離子空位。而K+與Fe3+受主離子摻雜則在BaTi03中產(chǎn)生陰離子空位(氧空位)。氧空位對(duì)于介電損耗的影響將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大子Ba空位與Ti空位。3. 傳導(dǎo)損耗傳導(dǎo)損耗 氧空位在高溫時(shí)自由傳導(dǎo)將導(dǎo)致t

24、an急劇增加，自由載流子的濃度取決于摻雜與溫度。 BaTiO3陶瓷中氧空位的有效電荷+2e被Ti離子的3d電子所中和，對(duì)應(yīng)于一個(gè)氧空位形成2個(gè)Ti3+離子。在低溫下，氧空位與Ti3+離子以0.1一0.2ev的低能量結(jié)合。未結(jié)合的Ti3+的電子通過狹窄的3d導(dǎo)帶產(chǎn)生傳導(dǎo)（ Ti3+ Ti4+e)，被中和的缺陷受外電場(chǎng)的扭矩作用導(dǎo)致介電損耗。 二、二、鐵電性（自發(fā)極化）的應(yīng)用1. 壓電性的應(yīng)用 （1）利用壓電原理：壓電點(diǎn)火、引燃器件；位移、速度、加速度器件；壓電開關(guān)；壓電微位移器；壓電步進(jìn)馬達(dá)等。（2）利用壓電低頻、聲頻振動(dòng)原理：水聲發(fā)射換能器；水聽器；壓電揚(yáng)聲器；發(fā)聲玩具等。（3）利用壓電超聲換能、傳輸：超聲清洗器；超聲探頭；SAW聲表面波技術(shù)等。（4）利用壓電諧振原理：壓電振蕩器；壓電濾波器等。（5）利用正反壓電效應(yīng)組合：壓電變壓器、阻尼器和智能消聲器件等。（6）電致伸縮的應(yīng)用。（7）電誘相變的應(yīng)用鐵電性能的直接應(yīng)用 鐵電高功率脈沖電源：又常被稱