陈 渝 周华将 谢少雄 徐 倩 朱建国 王清远 ,,,†

1 成都大学机械工程学院, 成都 610106 2 成都大学高等研究院, 成都 610106 3 四川大学材料科学与工程学院, 成都 610065 4 破坏力学与工程防灾减灾四川省重点实验室(四川大学), 成都 610065

1 前 言

在一些低对称晶系的电介质晶体中, 由于晶胞的正负电荷中心不重合会产生电偶极矩, 电极化强度非零使得晶体具有自发极化, 且电偶极矩的方向可以随外电场而改变, 呈现出类似于铁磁体的特点, 具有这种性质的晶体称之为铁电体. 铁电体为降低体系总能量会在晶体内形成自发极化取向各不相同的微区, 同一个微区内所有晶胞的自发极化方向相同, 这样的微区称之为铁电畴(Tagantsev et al. 2010). 在超过矫顽电场(Ec)的外加电场作用下, 经过新畴的出现、发展以及畴壁的移动, 铁电畴的自发极化矢量发生翻转; 当撤出外场后, 晶体内会有剩余极化(Pr). 在这一过程中, 晶体总的极化强度(P)随电场强度(E)的变化构成电滞回线, 如图1所示.

图1

大多数铁电材料都会经历从高温顺电相(或非铁电相)到低温铁电相的相转变过程, 相变温度称之为居里点TC. 在TC以上, 介电常数按照居里−外斯定律(Curie−Weiss law)随温度下降(Damjanovic 1998)

式中,ε是材料的介电常数,ε0是真空介电常数(8.85 pF/m),C是居里常数,T是热力学温度(K),T0是居里−外斯温度(K).

晶体的铁电性发现距今正好一个世纪, 对全世界都产生了巨大影响(Troiler-McKinstry 2020). 以钛酸钡(BT)、钛酸铅(PT)、锆钛酸铅(PZT)、钛酸锶钡(BST)、铌镁酸铅−钛酸铅(PMN−PT)等为代表的铁电材料由于其独特的力、电、热、光……