《材料性能學(xué)》PPT電子課件

《材料性能學(xué)》PPT電子課件,材料性能學(xué),材料,性能,PPT,電子,課件 材料性能學(xué)材料性能學(xué)第十二章第十二章材料的壓電性能與鐵電性能材料的壓電性能與鐵電性能壓電效應(yīng)壓電效應(yīng) 壓電振子與壓電方程壓電振子與壓電方程壓電性能的主要參數(shù)壓電性能的主要參數(shù)壓電材料及其應(yīng)用壓電材料及其應(yīng)用第一節(jié)第一節(jié) 壓電性能壓電性能壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)壓電性的定義壓電性的定義:壓電性是指某些晶體材料按所施壓電性是指某些晶體材料按所施加的機(jī)械應(yīng)力成比例地產(chǎn)生電荷的能加的機(jī)械應(yīng)力成比例地產(chǎn)生電荷的能力。力。壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)對(duì)壓電晶體在一定方向上施加機(jī)械應(yīng)力時(shí)，在其對(duì)壓電晶體在一定方向上施加機(jī)械應(yīng)力時(shí)，在其兩端表面上會(huì)出現(xiàn)數(shù)量相等、符號(hào)相反的束縛電兩端表面上會(huì)出現(xiàn)數(shù)量相等、符號(hào)相反的束縛電荷；作用力相反時(shí)，表面荷電性質(zhì)亦反號(hào)，而且荷；作用力相反時(shí)，表面荷電性質(zhì)亦反號(hào)，而且在一定范圍內(nèi)電荷密度與作用力成正比，稱為正在一定范圍內(nèi)電荷密度與作用力成正比，稱為正壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)反之，在一定方向的電場(chǎng)作用下，則會(huì)產(chǎn)生外形反之，在一定方向的電場(chǎng)作用下，則會(huì)產(chǎn)生外形尺寸的變化，在一定范圍內(nèi)，其形變與電場(chǎng)強(qiáng)度尺寸的變化，在一定范圍內(nèi)，其形變與電場(chǎng)強(qiáng)度成正比，稱為逆壓電效應(yīng)成正比，稱為逆壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)壓電效應(yīng):壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)晶體壓電效應(yīng)的本質(zhì)：晶體壓電效應(yīng)的本質(zhì)：因?yàn)闄C(jī)械作用（應(yīng)力與應(yīng)變）引起了因?yàn)闄C(jī)械作用（應(yīng)力與應(yīng)變）引起了晶體介質(zhì)的極化，從而導(dǎo)致介質(zhì)兩端晶體介質(zhì)的極化，從而導(dǎo)致介質(zhì)兩端表面內(nèi)出現(xiàn)符號(hào)相反的束縛電荷。表面內(nèi)出現(xiàn)符號(hào)相反的束縛電荷。壓電效應(yīng)機(jī)理示意圖壓電效應(yīng)機(jī)理示意圖（a）（b）（c）-+-+-+壓電性能的主要參數(shù)壓電性能的主要參數(shù)(自學(xué)自學(xué))p介電常數(shù)介電常數(shù)p介質(zhì)損耗介質(zhì)損耗p彈性系數(shù)彈性系數(shù)p壓電常數(shù)壓電常數(shù)p機(jī)械品質(zhì)因素機(jī)械品質(zhì)因素p機(jī)電耦合系數(shù)機(jī)電耦合系數(shù)壓電材料及其應(yīng)用壓電材料及其應(yīng)用上上世世紀(jì)紀(jì)自自4040年年代代中中期期出出現(xiàn)現(xiàn)了了BaTBaTi iO O3 3陶陶瓷瓷以以后后，壓壓電電陶陶瓷瓷的的發(fā)發(fā)展展較較快快。兩兩個(gè)個(gè)分分支支：一一是是晶晶體體和和陶陶瓷瓷材材料料；另另一一是是柔柔性性材材料料（高高分分子子聚聚合合物）。物）。有有鈦鈦酸酸鋇鋇 、鈦鈦酸酸鉛鉛 、鋯鋯酸酸鉛鉛 、鋯鋯鈦鈦酸酸鉛鉛 、其它壓電陶瓷材料、其它壓電陶瓷材料應(yīng)用應(yīng)用用于電聲器件中的揚(yáng)聲器、送話器、拾聲器等；用于電聲器件中的揚(yáng)聲器、送話器、拾聲器等；用于水下通訊和探測(cè)的水聲換能器和魚群探測(cè)器等；用于水下通訊和探測(cè)的水聲換能器和魚群探測(cè)器等；用于雷達(dá)中的陶瓷表面波器件；用于雷達(dá)中的陶瓷表面波器件；用于導(dǎo)航中的壓電加速度計(jì)和壓電陀螺等；用于導(dǎo)航中的壓電加速度計(jì)和壓電陀螺等；用于通訊設(shè)備中的陶瓷濾波器、陶瓷鑒頻器等；用于通訊設(shè)備中的陶瓷濾波器、陶瓷鑒頻器等；應(yīng)用應(yīng)用用用于于精精密密測(cè)測(cè)量量中中的的陶陶瓷瓷壓壓力力計(jì)計(jì)、壓壓電電流流量計(jì)、壓電厚度計(jì)等；量計(jì)、壓電厚度計(jì)等；用于紅外技術(shù)中的陶瓷紅外熱電探測(cè)器；用于紅外技術(shù)中的陶瓷紅外熱電探測(cè)器；用用于于超超聲聲探探傷傷、超超聲聲清清洗洗、超超聲聲顯顯像像中中的陶瓷超聲換能器；的陶瓷超聲換能器；用于高壓電源的陶瓷變壓器用于高壓電源的陶瓷變壓器。第二節(jié)第二節(jié) 熱釋電與鐵電性能熱釋電與鐵電性能一、自發(fā)極化及其微觀機(jī)制一、自發(fā)極化及其微觀機(jī)制 在晶體中，如果晶胞中正負(fù)電荷中心在晶體中，如果晶胞中正負(fù)電荷中心不相重合，即每一個(gè)晶胞具有一定的固有不相重合，即每一個(gè)晶胞具有一定的固有偶極矩，由于晶體構(gòu)造的周期性和重復(fù)性偶極矩，由于晶體構(gòu)造的周期性和重復(fù)性晶胞的固有偶極矩便會(huì)沿同一方向排列晶胞的固有偶極矩便會(huì)沿同一方向排列整齊，使晶體處于高度極化狀態(tài)下。這種整齊，使晶體處于高度極化狀態(tài)下。這種極化狀態(tài)是在外電場(chǎng)為零時(shí)自發(fā)產(chǎn)生的，極化狀態(tài)是在外電場(chǎng)為零時(shí)自發(fā)產(chǎn)生的，因而稱為自發(fā)極化。具有自發(fā)極化的晶體因而稱為自發(fā)極化。具有自發(fā)極化的晶體必然是個(gè)帶電體，其電場(chǎng)強(qiáng)度取決于自發(fā)必然是個(gè)帶電體，其電場(chǎng)強(qiáng)度取決于自發(fā)極化強(qiáng)度。極化強(qiáng)度。因?yàn)樽园l(fā)極化建立的電場(chǎng)吸引了晶體內(nèi)部和外因?yàn)樽园l(fā)極化建立的電場(chǎng)吸引了晶體內(nèi)部和外部空間的異號(hào)自由電荷，在晶體表面形成一個(gè)部空間的異號(hào)自由電荷，在晶體表面形成一個(gè)表面電荷層，結(jié)果自發(fā)極化建立的表面束縛電表面電荷層，結(jié)果自發(fā)極化建立的表面束縛電荷被吸引來(lái)的表面自由電荷所屏蔽但是，改荷被吸引來(lái)的表面自由電荷所屏蔽但是，改變溫度或者施加應(yīng)力產(chǎn)生變形時(shí)，由于離子間變溫度或者施加應(yīng)力產(chǎn)生變形時(shí)，由于離子間距和鍵角發(fā)生變化，自發(fā)極化強(qiáng)度距和鍵角發(fā)生變化，自發(fā)極化強(qiáng)度Ps也將發(fā)生也將發(fā)生變化。這時(shí)被自發(fā)極化束縛在表面的自由電荷變化。這時(shí)被自發(fā)極化束縛在表面的自由電荷層就有一部分可以恢復(fù)自由而釋放出來(lái)，使晶層就有一部分可以恢復(fù)自由而釋放出來(lái)，使晶體呈現(xiàn)出帶電狀態(tài)或在閉合電路中產(chǎn)生電流。體呈現(xiàn)出帶電狀態(tài)或在閉合電路中產(chǎn)生電流。這就是這就是熱釋電效應(yīng)和壓電效應(yīng)熱釋電效應(yīng)和壓電效應(yīng) 為什么用實(shí)驗(yàn)方法很難發(fā)現(xiàn)具有自發(fā)極化的晶為什么用實(shí)驗(yàn)方法很難發(fā)現(xiàn)具有自發(fā)極化的晶體所帶電荷體所帶電荷 二、晶體的熱釋電效應(yīng)二、晶體的熱釋電效應(yīng)1熱釋電效應(yīng)及其產(chǎn)生條件熱釋電效應(yīng)及其產(chǎn)生條件 l晶體因溫度均勻變化而發(fā)生極化強(qiáng)度改變的現(xiàn)象晶體因溫度均勻變化而發(fā)生極化強(qiáng)度改變的現(xiàn)象稱為晶體的熱釋電效應(yīng)稱為晶體的熱釋電效應(yīng)l對(duì)熱釋電晶體絕熱施加電場(chǎng)時(shí)，其溫度將發(fā)生變對(duì)熱釋電晶體絕熱施加電場(chǎng)時(shí)，其溫度將發(fā)生變化，這種效應(yīng)稱為逆熱釋電效應(yīng)或電生熱效應(yīng)化，這種效應(yīng)稱為逆熱釋電效應(yīng)或電生熱效應(yīng) 產(chǎn)生條件：產(chǎn)生條件：p具有自發(fā)極化具有自發(fā)極化(固有極化固有極化)的晶體的晶體 p晶體結(jié)構(gòu)的極軸與結(jié)晶學(xué)的單向重合晶體結(jié)構(gòu)的極軸與結(jié)晶學(xué)的單向重合 具有對(duì)具有對(duì)稱中心稱中心的具有的具有壓電性壓電性的晶體的晶體不可能不可能有熱釋有熱釋電效應(yīng)。電效應(yīng)。2熱釋電性能表征熱釋電性能表征 熱釋電效應(yīng)的強(qiáng)弱可用熱釋電系數(shù)來(lái)表示P為熱釋電系數(shù)，單位為熱釋電系數(shù)，單位為為Ccm-2K-1 熱釋電系數(shù)的種類u當(dāng)晶體處于夾持狀態(tài)時(shí)，由于晶體受熱其尺寸和形當(dāng)晶體處于夾持狀態(tài)時(shí)，由于晶體受熱其尺寸和形狀不變，所以，稱這種狀態(tài)下的熱釋電系數(shù)為恒應(yīng)變狀不變，所以，稱這種狀態(tài)下的熱釋電系數(shù)為恒應(yīng)變熱釋電系數(shù)或一級(jí)熱釋電系數(shù)熱釋電系數(shù)或一級(jí)熱釋電系數(shù)pSu當(dāng)晶體處于自由狀態(tài)時(shí)，由于晶體可以自由膨脹和當(dāng)晶體處于自由狀態(tài)時(shí)，由于晶體可以自由膨脹和收縮，所以，這種狀態(tài)下的熱釋電系數(shù)稱為恒應(yīng)力熱收縮，所以，這種狀態(tài)下的熱釋電系數(shù)稱為恒應(yīng)力熱釋電系數(shù)釋電系數(shù)pTu當(dāng)晶體處于恒應(yīng)力狀態(tài)時(shí)由溫度所引起的形變通當(dāng)晶體處于恒應(yīng)力狀態(tài)時(shí)由溫度所引起的形變通過(guò)正壓電效應(yīng)使晶體產(chǎn)生附加的極化改變一般將這過(guò)正壓電效應(yīng)使晶體產(chǎn)生附加的極化改變一般將這種由于正壓電效應(yīng)對(duì)熱釋電系數(shù)的貢獻(xiàn)稱為二級(jí)熱釋種由于正壓電效應(yīng)對(duì)熱釋電系數(shù)的貢獻(xiàn)稱為二級(jí)熱釋電系數(shù)電系數(shù)p 恒應(yīng)力熱釋電系數(shù)等于一級(jí)熱釋電系數(shù)和恒應(yīng)力熱釋電系數(shù)等于一級(jí)熱釋電系數(shù)和二級(jí)熱釋電系數(shù)之和，即二級(jí)熱釋電系數(shù)之和，即 利用熱釋電效應(yīng)可制成性能良好的紅外敏感元件其對(duì)利用熱釋電效應(yīng)可制成性能良好的紅外敏感元件其對(duì)熱釋電材料的要求是：熱釋電材料的要求是：能充分吸收入射的紅外線；能充分吸收入射的紅外線；為了使吸收的單位熱能對(duì)應(yīng)大的溫度上升幅度，熱釋電為了使吸收的單位熱能對(duì)應(yīng)大的溫度上升幅度，熱釋電材料體比熱應(yīng)小，且方便加工成微型或薄膜化元件；材料體比熱應(yīng)小，且方便加工成微型或薄膜化元件；跟溫度對(duì)應(yīng)的表面電荷變化大，即熱釋電系數(shù)跟溫度對(duì)應(yīng)的表面電荷變化大，即熱釋電系數(shù)p大，室大，室溫下的溫下的Ps值大，值大，Tc(居里溫度居里溫度)適當(dāng)高時(shí)，熱釋電系數(shù)適當(dāng)高時(shí)，熱釋電系數(shù)p變變大大(Tc低使工作溫度受到限制，且熱釋電系數(shù)低使工作溫度受到限制，且熱釋電系數(shù)p的溫度變化的溫度變化也大也大)；與表面電荷變化相應(yīng)的電容小，即材料的介電量?。慌c表面電荷變化相應(yīng)的電容小，即材料的介電量小；構(gòu)成噪聲源之一的介電損耗角正切構(gòu)成噪聲源之一的介電損耗角正切tan小小 熱釋電材料的應(yīng)用熱釋電材料的應(yīng)用 紅外成像傳感器、來(lái)客報(bào)知器、火災(zāi)報(bào)警器等紅外成像傳感器、來(lái)客報(bào)知器、火災(zāi)報(bào)警器等.在工業(yè)上，可用于非接觸測(cè)量旋轉(zhuǎn)體和高溫體的溫在工業(yè)上，可用于非接觸測(cè)量旋轉(zhuǎn)體和高溫體的溫度，以及進(jìn)行非破壞性檢測(cè)，還可裝備在衛(wèi)星上監(jiān)度，以及進(jìn)行非破壞性檢測(cè)，還可裝備在衛(wèi)星上監(jiān)測(cè)環(huán)境污染和進(jìn)行資源調(diào)查測(cè)環(huán)境污染和進(jìn)行資源調(diào)查 三、晶體的鐵電性三、晶體的鐵電性 1鐵電體的特性 在熱釋電晶體中，有若干種點(diǎn)群的晶體不但在某溫度在熱釋電晶體中，有若干種點(diǎn)群的晶體不但在某溫度范圍內(nèi)具有自發(fā)極化，且自發(fā)極化有兩個(gè)或多個(gè)可能范圍內(nèi)具有自發(fā)極化，且自發(fā)極化有兩個(gè)或多個(gè)可能的取向，在不超過(guò)晶體擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度的電場(chǎng)作用下，的取向，在不超過(guò)晶體擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度的電場(chǎng)作用下，其取向可以隨電場(chǎng)改變，這種特性稱為鐵電性，具有其取向可以隨電場(chǎng)改變，這種特性稱為鐵電性，具有這種性質(zhì)的晶體稱為鐵電體。這種性質(zhì)的晶體稱為鐵電體。鐵電體的特性鐵電體的特性電滯回線電滯回線 居里點(diǎn)居里點(diǎn) 具有臨界特性具有臨界特性 電滯回線電滯回線鐵鐵電電體體的的電電滯滯回回線線是是鐵鐵電電疇疇在在外外電電場(chǎng)場(chǎng)作作用下運(yùn)動(dòng)的宏觀描述用下運(yùn)動(dòng)的宏觀描述 反反鐵鐵電電體體一一般般宏宏觀觀無(wú)無(wú)剩剩余余極極化化強(qiáng)強(qiáng)度度，但但在在很很強(qiáng)強(qiáng)的的外外電電場(chǎng)場(chǎng)作作用用下下，可可以以誘誘導(dǎo)導(dǎo)成成鐵鐵電相，其電相，其P PE E呈雙電滯回線。呈雙電滯回線。居里溫度居里溫度 由熱力學(xué)定律可知，壓電晶體的由熱力學(xué)定律可知，壓電晶體的Gibbs自由能可自由能可表達(dá)為表達(dá)為G=U-TS-TiSi-EiPi式中：式中：G為為Gibbs自由能；自由能；U為內(nèi)能；為內(nèi)能；T為絕對(duì)溫為絕對(duì)溫度；度；S為熵為熵;Ti為應(yīng)力為應(yīng)力;Si為應(yīng)變?yōu)閼?yīng)變;Ei為電場(chǎng)強(qiáng)度；為電場(chǎng)強(qiáng)度；Pi為極化強(qiáng)度若不施加應(yīng)力時(shí)，則有為極化強(qiáng)度若不施加應(yīng)力時(shí)，則有 GU-TS-PE而熵而熵S與配位數(shù)與配位數(shù)間的關(guān)系為間的關(guān)系為 SK1n溫度達(dá)到某一溫度以上時(shí)，由于熱運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，溫度達(dá)到某一溫度以上時(shí)，由于熱運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，偶極子從電場(chǎng)的束縛中解放出來(lái)，使自由能偶極子從電場(chǎng)的束縛中解放出來(lái)，使自由能G下降這個(gè)臨界溫度就是居里溫度下降這個(gè)臨界溫度就是居里溫度Tc在溫度在溫度高于居里點(diǎn)時(shí)，自發(fā)極化為零，晶體不具有鐵高于居里點(diǎn)時(shí)，自發(fā)極化為零，晶體不具有鐵電性，稱為非鐵電相或順電相在居里點(diǎn)以下，電性，稱為非鐵電相或順電相在居里點(diǎn)以下，由于存在自發(fā)極化，晶體呈現(xiàn)鐵電性，為鐵電由于存在自發(fā)極化，晶體呈現(xiàn)鐵電性，為鐵電相當(dāng)晶體存在兩個(gè)或多個(gè)鐵電相時(shí)，只有順相當(dāng)晶體存在兩個(gè)或多個(gè)鐵電相時(shí)，只有順電電鐵電相變溫度才稱為居里點(diǎn)晶體從一個(gè)鐵電相變溫度才稱為居里點(diǎn)晶體從一個(gè)鐵電相到另一個(gè)鐵電相的轉(zhuǎn)變溫度稱為相變溫鐵電相到另一個(gè)鐵電相的轉(zhuǎn)變溫度稱為相變溫度或過(guò)渡溫度度或過(guò)渡溫度 順電相順電相 鐵電相鐵電相 臨界特性臨界特性晶體在相變點(diǎn)附近所發(fā)生的各種性能反常變晶體在相變點(diǎn)附近所發(fā)生的各種性能反常變化通稱為臨界現(xiàn)象化通稱為臨界現(xiàn)象 式中：式中：C為居里外斯常數(shù)；為居里外斯常數(shù)；D是居里是居里外斯溫度或順電居里點(diǎn)外斯溫度或順電居里點(diǎn) 鐵電疇鐵電疇v鐵電體自發(fā)極化的方向不相同，但在鐵電體自發(fā)極化的方向不相同，但在一個(gè)小區(qū)域內(nèi)，各晶胞的自發(fā)極化方一個(gè)小區(qū)域內(nèi)，各晶胞的自發(fā)極化方向相同，這個(gè)小區(qū)域就稱為鐵電疇。向相同，這個(gè)小區(qū)域就稱為鐵電疇。v兩疇之間的界壁稱為疇壁兩疇之間的界壁稱為疇壁。鐵鐵電電疇疇壁壁的的厚厚度度很很薄薄,大大約約是是幾幾個(gè)個(gè)晶晶格格常常數(shù)數(shù)的的量量級(jí)。級(jí)。鐵鐵磁磁疇疇壁壁則則很很厚厚，可可達(dá)達(dá)到到幾幾百百個(gè)個(gè)晶晶格格常常數(shù)數(shù)的的量量級(jí)級(jí)而而且且在在磁磁疇疇壁壁中中自自發(fā)發(fā)磁磁化化方方向向可可逐逐步步改改變變方方向向，而鐵電體則不可能。而鐵電體則不可能。鐵電疇與鐵磁疇有著本質(zhì)的差別鐵電疇與鐵磁疇有著本質(zhì)的差別:電疇電疇“轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向”鐵電疇在外電場(chǎng)作用下，總是要趨向于與鐵電疇在外電場(chǎng)作用下，總是要趨向于與外電場(chǎng)方向一致。這形象地稱作電疇外電場(chǎng)方向一致。這形象地稱作電疇“轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向向”。實(shí)際上電疇運(yùn)動(dòng)是通過(guò)在外電場(chǎng)作用下新實(shí)際上電疇運(yùn)動(dòng)是通過(guò)在外電場(chǎng)作用下新疇的出現(xiàn)、發(fā)展以及疇壁的移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。疇的出現(xiàn)、發(fā)展以及疇壁的移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。3鐵電體的電致伸縮效應(yīng)鐵電體的電致伸縮效應(yīng) 電致伸縮效應(yīng)是指介電體在電場(chǎng)作用下，由誘電致伸縮效應(yīng)是指介電體在電場(chǎng)作用下，由誘導(dǎo)極化而引起的形變導(dǎo)極化而引起的形變極化強(qiáng)度恒定時(shí)極化強(qiáng)度恒定時(shí)的彈性柔順系數(shù)的彈性柔順系數(shù) 電致伸縮電致伸縮常數(shù)常數(shù)自由介電隔離率自由介電隔離率 4.鐵電、熱釋電、壓電、介電晶體之間的關(guān)系鐵電、熱釋電、壓電、介電晶體之間的關(guān)系 圖圖12-13 鐵電、熱釋電和壓電晶體間的相互關(guān)系鐵電、熱釋電和壓電晶體間的相互關(guān)系第三節(jié)第三節(jié) 鐵電材料的電光效應(yīng)及其應(yīng)用鐵電材料的電光效應(yīng)及其應(yīng)用一、電控雙折射效應(yīng)一、電控雙折射效應(yīng) 對(duì)于極化后的細(xì)晶對(duì)于極化后的細(xì)晶(晶粒大小約晶粒大小約l2m)透明鐵電陶瓷，透明鐵電陶瓷，其光學(xué)性質(zhì)與單軸晶的光學(xué)性質(zhì)相似，光軸方向?yàn)闃O化軸其光學(xué)性質(zhì)與單軸晶的光學(xué)性質(zhì)相似，光軸方向?yàn)闃O化軸方向當(dāng)一束光斜交于陶瓷極化軸方向傳播時(shí)，與光在單方向當(dāng)一束光斜交于陶瓷極化軸方向傳播時(shí)，與光在單軸晶中的傳播一樣，會(huì)產(chǎn)生雙折射光束會(huì)被分解為兩束軸晶中的傳播一樣，會(huì)產(chǎn)生雙折射光束會(huì)被分解為兩束偏振光偏振光 o光和光和e光，令其折射率分別為光，令其折射率分別為n0和和ne，則有效雙折，則有效雙折射率射率n=ne-n0透明鐵電陶瓷屬負(fù)單軸晶，透明鐵電陶瓷屬負(fù)單軸晶，n0，且，且n與陶瓷的剩余極化強(qiáng)度與陶瓷的剩余極化強(qiáng)度Pr有關(guān)，也與外加電場(chǎng)有關(guān)，也與外加電場(chǎng)E有關(guān)，用有關(guān)，用n(Pr，E)表示因此，細(xì)晶透明鐵電陶瓷的有效雙折射率表示因此，細(xì)晶透明鐵電陶瓷的有效雙折射率可以通過(guò)改變剩余極化強(qiáng)度可以通過(guò)改變剩余極化強(qiáng)度Pr和外加電場(chǎng)和外加電場(chǎng)E進(jìn)行控制，此即進(jìn)行控制，此即電控雙折射效應(yīng)電控雙折射效應(yīng) 圖圖12-14 電光晶體電光調(diào)制原理圖電光晶體電光調(diào)制原理圖 二、電控光散射效應(yīng)二、電控光散射效應(yīng) 當(dāng)施加外電場(chǎng)改變陶瓷極化軸取向時(shí)，就可以改變散射光強(qiáng)度的當(dāng)施加外電場(chǎng)改變陶瓷極化軸取向時(shí)，就可以改變散射光強(qiáng)度的角分布，這就是電控光散射效應(yīng)角分布，這就是電控光散射效應(yīng) 圖圖12-15 電控光散射原理示意圖電控光散射原理示意圖圖圖12-16 透明鐵電陶瓷電控光散射的相對(duì)光強(qiáng)度隨透明鐵電陶瓷電控光散射的相對(duì)光強(qiáng)度隨散射角的分布散射角的分布 三、三、PLZT(鋯鈦酸鉛鑭鋯鈦酸鉛鑭)陶瓷的各種電光性能及應(yīng)用陶瓷的各種電光性能及應(yīng)用圖圖12-19 96535PLZT陶瓷的光過(guò)率和紅外透過(guò)率陶瓷的光過(guò)率和紅外透過(guò)率圖圖12-20 電滯回線及其典型光輸出響應(yīng)電滯回線及其典型光輸出響應(yīng)（a）二次雙折射）二次雙折射 (b)二次去極化二次去極化 (c)線性記憶雙折射線性記憶雙折射(d)開關(guān)記憶雙折射開關(guān)記憶雙折射 (e)散射記憶散射記憶第四節(jié)第四節(jié) 影響材料壓電性及鐵電性的因素影響材料壓電性及鐵電性的因素一、化學(xué)成分的影響一、化學(xué)成分的影響圖圖12-22 Pb(Zr，Ti)O3陶瓷的陶瓷的s和和ls隨組分的變化關(guān)系隨組分的變化關(guān)系二、晶粒晶界的影響二、晶粒晶界的影響 陶瓷的鐵電性能與晶粒尺寸有很大關(guān)系在小晶粒陶瓷的鐵電性能與晶粒尺寸有很大關(guān)系在小晶粒陶瓷中，晶界往往支配其介電行為陶瓷中，晶界往往支配其介電行為 在最小的晶粒中，極化可能完全被這種效應(yīng)所夾持，在最小的晶粒中，極化可能完全被這種效應(yīng)所夾持，因而不能在外場(chǎng)中實(shí)現(xiàn)電疇反轉(zhuǎn)在中等尺寸的晶粒因而不能在外場(chǎng)中實(shí)現(xiàn)電疇反轉(zhuǎn)在中等尺寸的晶粒中電疇反轉(zhuǎn)成為可能，但是因?yàn)閼?yīng)力和電場(chǎng)的不均勻中電疇反轉(zhuǎn)成為可能，但是因?yàn)閼?yīng)力和電場(chǎng)的不均勻分布，使相變展寬到一個(gè)大的溫度范圍，而且峰值介分布，使相變展寬到一個(gè)大的溫度范圍，而且峰值介電常數(shù)也被壓低最后，在達(dá)到最大晶粒時(shí)，體積鐵電常數(shù)也被壓低最后，在達(dá)到最大晶粒時(shí)，體積鐵電行為起決定性的作用電行為起決定性的作用 圖圖12-25 單晶和陶瓷的直流電阻率的溫度依賴性單晶和陶瓷的直流電阻率的溫度依賴性三、預(yù)極化條件三、預(yù)極化條件 所謂壓電陶瓷是經(jīng)直流極化處理使其具有壓電效應(yīng)的鐵所謂壓電陶瓷是經(jīng)直流極化處理使其具有壓電效應(yīng)的鐵電陶瓷電陶瓷 若陶瓷的主晶相是鐵電體，則因鐵電體的自發(fā)極化方向若陶瓷的主晶相是鐵電體，則因鐵電體的自發(fā)極化方向可在外電場(chǎng)的作用下重新取向，通過(guò)外加直流電場(chǎng)的極化處可在外電場(chǎng)的作用下重新取向，通過(guò)外加直流電場(chǎng)的極化處理，各個(gè)晶粒的自發(fā)極化軸沿著外場(chǎng)方向取向，原來(lái)相互抵理，各個(gè)晶粒的自發(fā)極化軸沿著外場(chǎng)方向取向，原來(lái)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)出宏觀的剩消的各個(gè)晶粒本身所固有的壓電效應(yīng)便對(duì)外呈現(xiàn)出宏觀的剩余極化這樣，對(duì)燒結(jié)后的鐵電陶瓷在一定條件下余極化這樣，對(duì)燒結(jié)后的鐵電陶瓷在一定條件下(即一定即一定溫度和時(shí)間溫度和時(shí)間)施加強(qiáng)直流電場(chǎng)后，將在電場(chǎng)方向顯示出一定施加強(qiáng)直流電場(chǎng)后，將在電場(chǎng)方向顯示出一定的凈極化強(qiáng)度，燒結(jié)后的鐵電陶瓷將由各向同性變?yōu)楦飨虍惖膬魳O化強(qiáng)度，燒結(jié)后的鐵電陶瓷將由各向同性變?yōu)楦飨虍愋?，鐵電陶瓷就變成了壓電陶瓷性，鐵電陶瓷就變成了壓電陶瓷 四、薄膜材料的擇優(yōu)取向四、薄膜材料的擇優(yōu)取向制備方法制備方法 電子束蒸鍍、離子束濺射、射頻磁控濺射、射頻二極濺電子束蒸鍍、離子束濺射、射頻磁控濺射、射頻二極濺射、金屬有機(jī)化學(xué)氣相淀積和金屬有機(jī)熱分解法射、金屬有機(jī)化學(xué)氣相淀積和金屬有機(jī)熱分解法 基體的選擇基體的選擇 為了充分發(fā)掘鐵電薄膜的功能，希望薄膜是單晶或是晶粒擇為了充分發(fā)掘鐵電薄膜的功能，希望薄膜是單晶或是晶粒擇優(yōu)取向的多晶。實(shí)現(xiàn)擇優(yōu)取向的方法主要是采用特定成分和優(yōu)取向的多晶。實(shí)現(xiàn)擇優(yōu)取向的方法主要是采用特定成分和特定取向的單晶作為基片，并選擇適當(dāng)?shù)幕瑴囟然蜉o之以特定取向的單晶作為基片，并選擇適當(dāng)?shù)幕瑴囟然蜉o之以隨后的熱處理隨后的熱處理 第五節(jié)第五節(jié) 壓電與鐵電性能的測(cè)量壓電與鐵電性能的測(cè)量了解了解/自學(xué)自學(xué)