第三章_材料的介电性能.ppt

3.4.1 压电性 压电效应与晶体的对称性有关。由前讨论可知，压电效应的本质是对晶体施加应力时，改变了晶体内的电极化，这种电极化只能在不具有对称中心的晶体内才可能发生。 只有结构上没有对称中心，才有可能产生压电效应 在32种宏观对称类型中，不具有对称中心的有21种，其中有一种(点群43)压电常数为零，其余20种都具有压电效应。 而且必须是：电介质（或至少具有半导体性质）；其结构必须有带正、负电荷的质点---离子或离子团存在（离子晶体或离子团组成的分子晶体） 常用： α石英晶体，钛酸钡，钛酸铅，铋酸钼等 4）压电材料的主要表征参数： 3.4.1 压电性 （1） 机械品质因数： 压电振子是最基本的压电元件，它是被覆激励电极的压电体。 谐振频率: 若压电振子是具有固有振动频率fr的弹性体，当施加于压电振子上的激励信号频率等于fr时，压电振子由于逆压电效应产生机械谐振，这种机械谐振又借助于正压电效应而输出电信号。 压电振子谐振时，存在内耗，反映损耗程度的参数: Wm为振动一周单位体积存贮的机械能，Δ Wm为振动一周单位体积消耗的能量。 3.4.1 压电性 （2） 机电耦合系数： 机电耦合系数k是综合反映压电材料性能的参数。它表示压电材料的机械能与电能的耦合效应，定义为： 由于压电元件的机械能与它的形状和振动方式有关，因此不同形状和不同振动方式所对应的机电耦合系数也不相同。 K ：反映压电材料机械能和电能相互转换的力度。 1.热释电现象： 热释电性（热电性） ：晶体由于温度的作用而使其电极化强度变化。 3.4.2 热释电性 电气石 : 化学成分（Na, Ca)(Mg, Fe)3B3Al6Si6(O, OH,F)31 在均匀加热的同时，让一束硫磺粉和铅丹粉经过筛孔喷向这个晶体。 结果会发现。晶体一端出现黄色。另一端变为红色。这就是坤持法显示的天然矿物晶体电气石的热释电性实验。 3m点群，只有一个三次转轴，没有加热时，自发极化电偶极矩被吸收的空气中的电荷屏蔽; 温度升高，这种平衡破坏，一端带正电，一端带负电。 2.热释效应产生的条件： 3.4.2 热释电性 晶体：一定是具有自发极化的晶体，在结构上具有极轴。 极轴：晶体惟一的轴，二端往往具有不同性质，且采用对称操作不能与其它方向重合。 有热电效应一定有压电效应，反之不然。 α石英晶体 在X1，X2，X3方向等位移，正负电荷重心不变，没有热释电性。 2.材料热释电性的表征： 3.4.2 热释电性 热释电量：p 3.4.2 热释电性 令E=常数，并对T微分，则 令 式中：Pg为综合热释电系数, p为热释电常量。 2.材料热释电性的表征： 3.4.2 热释电性 热释电量：p 式中：Ps为自发极化强度；P诱为电场诱发产生的，且 1. 电滞回线和铁电体 3.5.1 铁电体、电畴 罗息盐:酒石酸钾钠-NaKC4H4O6? 4H2O 其极化强度随外加电场的变化如右图所示形状，称为电滞回线。 把具有这种性质的晶体称为铁电体。 它是铁电态的一个标志。同铁磁体具有磁滞回线一样，所以人们把这类晶体称作“铁电体”。 其实晶体中并不含有铁。 Ps: 饱和极化强度 Pr: 剩余极化强度 Ec: 矫顽电场 居里温度：铁电体在定温度以上，电滞回线消失，这个温度为居里温度Tc 2. 电畴 3.5.1 铁电体、电畴 电畴：铁电体自发极化时能量升高，状态不稳定，晶体趋向于分成许多小区域，每个小区域电偶极子沿同一方向，不同小区域的电偶极子方向不同，每个小区域为电畴。 畴壁：畴之间的边界地区。决定畴壁厚度的因素是各种能量平衡的结果。 180度，90度 (单晶体） 60度， 120度 （斜方晶系） 71度，109度 （菱形晶系） 2. 电畴 3.5.1 铁电体、电畴 铁电体在外电场的作用下，趋向与外电场方向一致，称为“畴”转向，通过新畴的出现，发展和畴壁移动来实现的。外加电场撤去后，小部分电畴偏离极化方向，恢复原位，大部分停留在新转向的极化方向上，为剩余极化。 1. 设—单晶体的极化强度方向只有沿某轴的正向或负向二种可能。在没有外电场时，晶体总电矩为零(能量最低)。加上外电场后，沿电场方向的电畴扩展、变大，而与电场方向反向的电畴变小。这样极化强度随外电场增加而增加。 2. 电场强度继续增大，电畴方向趋于电场方向、形成一个单畴，极化强度达到饱和。 3. 如再