PZT固溶体的价电子结构与铁电性.doc

PZT固溶体的价电子结构与铁电性 第18卷第6期 2011年12月 金属功能材料 MetallicFunctiona1Materials VoL18,No.6 December.2011 PZT固溶体的价电子结构与铁电性 许育东,伍光,苏海林,石敏,王雷,左如忠,于桂洋,王丽 (合肥工业大学材料科学与工程学院,安徽合肥230009) 摘要:应用固体与分子经验理论(EET)计算了铁电材料PbZrTiO.(Olt;xlt;1)体系的价电子结构.研究表 明,0的2p轨道与B位原子(Zr或Ti)的最外层d轨道的杂化是铁电性的必要条件.PZT为四方钙钛矿结构时,B 位原子相对于O发生了一个位移,由此产生了一个电偶极矩(自发极化),B位原子和0原子共价作用的强度(表现 为n的大小)明显大于其他原子间的共价作用,且杂化的强弱可表明铁电性的强弱.Zr的取代量的多少对铁电性 的好坏也有直接的影响.计算结果与其他相关文献进行了对比,指出该经验理论用于研究PZT的可行性和有效 性. 关键词:铁电;价电子结构;键距差(BID)法;经典电子理论(EET) 中图分类号:TG142.71文献标识码:A文章编号:1005—8192(2011)06—0044—05 ValenceElectronStructureandFerr0electricity ofPZTSolidSolution XUYu—dong,WUGuang,SUHai—lin,SHIMin,WANGLei, ZUORu—zhong,YUGui—yang,WANGLi (SchoolofMaterialsScienceandEngineering,HefeiUniversityofTechnology,Hefei230009,Anhui,China) Abstract:ThevalenceelectronstructuresofPbZrTiO3(Olt;xlt;1)piezoelectricmaterialswerecalculatedbyusing theempirica1theory(EET)ofsolidsandmolecules.Theresultsofcalculationsshowthattosomeextenttheferro electricityofPZTcanberelatedtothehybridizingperformanceof02porbitandtheoutsetdorbitofBpositionat— om.WhenPZTistetragonalperovskitestructure,thereisadisplacementbetweenBpositionatomandOatom.The displacementcanleadtothegenerationofelectricdipolemoment.ThehybridizationintensityofO2porbitandB positionatomissignificantlygreaterthanthatofotheratoms.Thestrengthofhybridorbitindicatesthestrengthof ferroe1ectricity.AndthequantityofZrhasadirectinfluenceontheferroelectricityofPZTmaterials.Theresultsof calculationswerealsocomparedwithsomeothercorrespondingresultsintheliterature.Itisfoundthattheempirical theoryusedtoresearchPZTmaterialsisfeasibleandeffective. Keywords:ferroelectricity;valenceelectronstructure;BID;EET 铁电体是指在一定的温度范围内具有宏观的自 发极化强度,且自发极化强度可以随外电场的变化 而变化的一类功能材料.所谓自发极化,即这 种极化状态并非由外电场所造成,而是由晶体的内 部结构特点所造成的,即晶体中存在一个固定的电 偶极矩.目前已发现不下一千多种晶体是具有铁电 性的,而铁电固溶体以其优良的性能得到广泛的应 用,锆钛酸铅(PbZrTiO.,0lt;xlt;1,简称PZT) 基金项目:高等学校博士学科点专项青年科研基金(2OO8O3591O37);安徽省教学研究项目(2007JYxM154). 作者简介:伍光(1987一),男,安徽安庆人,硕士研究生,主要从事磁电复合材料的研究. 通讯作者:石敏(1965一),男,安徽合肥人,工学博士,副教授,E—mail: