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鐵電性與鐵電疇是什么？
日期：2021-04-13瀏覽：6802次
所謂鐵電性通常是指鐵電體的微觀結(jié)構(gòu)性質(zhì)。存在電滯回線、電疇結(jié)構(gòu)、自發(fā)極化以及相應的晶胞形變（自發(fā)應變）、居里點、居里-外斯定律等是一般*的鐵電性可能表露出來的最重要的幾種宏觀性質(zhì)。下面概括地介紹電介質(zhì)的各種宏觀鐵電性質(zhì)。
（一）鐵電疇
通常，一個鐵電體并不是在一個方向上單一地產(chǎn)生自發(fā)極化。
1.鐵電疇：一個自然形成鐵電單晶或鐵電陶瓷晶粒中出現(xiàn)的許多微小區(qū)域；每個區(qū)域中晶胞的電矩取向相同；而相鄰區(qū)域的電矩取向不同。這樣的區(qū)域稱為電疇。
2.疇壁：兩疇之間的界壁稱為疇壁。
晶體中的自發(fā)極化方向一般不相同，互相成90°或180°等角度。若兩個電疇的自發(fā)極化方向互成90°，則其疇壁叫90°。疇壁。此外，還有180°疇壁等。
180°疇壁較薄，一般為5-20埃，90°疇壁較厚一般為50-100埃。為了使體系的能量*低，各電疇的極化方向通常“首尾相連”。
3.電疇結(jié)構(gòu)與晶體結(jié)構(gòu)的關系
BaTiOa的鐵電相晶體結(jié)構(gòu)有四方、斜方、菱形三種晶系，它們的自發(fā)極化方向分別沿[001]，[011]，[111]方向，除了90°。和180°疇壁外，在斜方晶系中還有60°和120°疇壁，在菱形晶系中還有71°，109°疇壁。
多晶體中每個小晶粒可包含多個電疇。由于晶體本身取向無規(guī)則，所以各電疇分布是混亂的，因而對外不顯示極性。單晶體，各電疇間的取向成一定的角度，如90°，180°。
4.電疇的形成及其運動的微觀機理
(1)電疇的形成
以BaTiO4為例。離子位移理論，認為自發(fā)極化主要是由晶體中某些離子偏離了平衡位置造成的。由于離子偏離了平衡位置，使得單位晶胞中出現(xiàn)了電矩。電矩之間的相互作用使偏離平衡位置的離子在新的位置上穩(wěn)定下來，與此同時晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生了畸變。自發(fā)極化的產(chǎn)生由鈦、氧離子間的強耦合作用引起。
設中間部位的鈦離子因熱運動的漲落在某一瞬間向氧離子O1有微小位移，則又使氧離子向鈦離子靠攏，接著由于比較大的內(nèi)電場力的傳遞，使自發(fā)極化首先沿Ti-O1離子線展開。
同時，由于電場力以及彈性力的傳遞，周圍的O2離子也被向下擠。如此，自發(fā)極化向橫向發(fā)展。橫向發(fā)展是間接的，比較弱，因此以上形成的疇核及其發(fā)展如針狀。最后的電疇圖案總是電場力與彈性力平衡的結(jié)果，整個體系保持能量*低。
（2）電疇“轉(zhuǎn)向”（電疇運動）
鐵電疇在外電場作用下，總是要趨向于與外電場方向一致。這形象地稱作電疇“轉(zhuǎn)向”。
①電疇運動的實現(xiàn)方式
是通過在外電場作用下新疇的出現(xiàn)、發(fā)展以及疇壁的移動來實現(xiàn)的。
②180°疇的“轉(zhuǎn)向”
在電場作用下，180°疇的“轉(zhuǎn)向”是通過許多尖劈形新疇的出現(xiàn)、發(fā)展而實現(xiàn)的。尖劈形新疇迅速沿前端向前發(fā)展。
③90°疇的“轉(zhuǎn)向”
雖然也產(chǎn)生針狀電疇，但主要是通過90°疇壁的側(cè)向移動來實現(xiàn)的。實驗證明，這種側(cè)向移動所需要的能量比產(chǎn)生針狀新疇所需要的能量還要低。
④180°疇與90°電疇的轉(zhuǎn)向的比較：
一般在外電場作用下（人工極化），180°疇：轉(zhuǎn)向比較充分，同時由于“轉(zhuǎn)向”時結(jié)構(gòu)畸變小，內(nèi)應力小，因而這種轉(zhuǎn)向比較穩(wěn)定。
90°疇：轉(zhuǎn)向是不充分（例如BaTiO3陶瓷，90°疇只有13%轉(zhuǎn)向），轉(zhuǎn)向時引起較大內(nèi)應力，所以這種轉(zhuǎn)向不穩(wěn)定。當外加電場撤去后，則有小部分電疇偏離極化方向，恢復原位，大部分電疇則停留在新轉(zhuǎn)向的極化方向上，這叫剩余極化。
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