第二章_钙钛矿结构及相关功能材料
钙钛矿ppt范文
钙钛矿ppt范文第一页：标题：钙钛矿的结构与性质第二页：1.什么是钙钛矿？-钙钛矿是一种具有ABX3晶体结构的材料。
-其中，A位是钙钛矿结构的阳离子，B位是典型的过渡金属离子，X 位是典型的卤素离子。
-钙钛矿的特点是具有良好的光电转换效率和较高的吸光系数。
第三页：2.钙钛矿的结构-钙钛矿的晶体结构为ABX3，其中A位为有机阳离子，B位为金属阳离子，X位为卤素阴离子。
-钙钛矿晶体结构中，A位与B位之间有一个无机钙钛矿层。
-钙钛矿晶体结构中，A位和B位之间的正离子和负离子分别通过包含有机阳离子的晶格壳层进行分隔。
第四页：3.钙钛矿的制备方法-溶液法：通过将金属硝酸盐和有机酸溶液在适当温度下混合，形成钙钛矿溶液，再通过旋涂、退火等步骤形成薄膜。
-气相沉积法：通过在高温下将金属有机化合物蒸发，使其与气相中的卤素发生反应，生成钙钛矿晶体。
-离子溶胶凝胶法：通过将金属离子与络合剂溶解在有机溶剂中，形成溶胶，再通过凝胶化、干燥等步骤形成钙钛矿薄膜。
第五页：4.钙钛矿的光电性能-钙钛矿具有较高的吸光系数，能有效吸收太阳光谱范围内的光线。
-钙钛矿的电子传输率和载流子迁移率较高，有利于电荷的分离和传输。
-钙钛矿的光电转换效率较高，目前已超过25％。
第六页：5.钙钛矿的应用前景-钙钛矿可用于太阳能电池、光电探测器、光电催化等领域。
-钙钛矿太阳能电池具有高效率、低成本、可弯曲等特点，是光伏领域的热门研究方向。
-钙钛矿可能应用于光电催化反应，具有优异的光催化性能。
第七页：结论：-钙钛矿具有优异的光电转换效率和发展潜力。
-通过不同的制备方法，可以制备出具有良好性能的钙钛矿薄膜和晶体。
-钙钛矿在太阳能电池、光电探测器、光电催化等领域具有广阔的应用前景。
钙钛矿器件结构
钙钛矿器件结构钙钛矿（perovskite）是一种晶体结构，具有ABX3的化学式。
其中A、B、X分别代表阳离子、阳离子和阴离子。
钙钛矿具有较高的光吸收系数和载流子迁移率，因此被广泛应用于太阳能电池、光电探测器等器件中。
本文将介绍钙钛矿器件的结构。
一、钙钛矿太阳能电池结构钙钛矿太阳能电池是一种新型的高效能源转换器件。
其结构一般由透明导电玻璃基底、导电氧化物电极、钙钛矿吸收层、电子传输层和金属电极组成。
1. 透明导电玻璃基底：作为太阳能电池的底部支撑材料，具有高透明度和导电性，能够增强钙钛矿吸收层对光的吸收，并将光能转化为电能。
2. 导电氧化物电极：常用的导电氧化物有氧化锡（SnO2）等。
它具有良好的导电性和光透过性，能够提供电子传输通道，并且能够提高钙钛矿吸收层的稳定性。
3. 钙钛矿吸收层：钙钛矿吸收层是太阳能电池的关键部分，具有良好的光吸收性能和电子传输性能。
它通常由有机无机杂化钙钛矿材料制备而成，如CH3NH3PbI3等。
光照射到钙钛矿吸收层上时，光子被吸收后会激发出电子-空穴对，并通过电子传输层和导电氧化物电极流向外部电路。
4. 电子传输层：电子传输层常用的材料有二氧化钛（TiO2）等。
它具有良好的电子传输性能，能够有效地将钙钛矿吸收层中的电子输送到导电氧化物电极上。
5. 金属电极：金属电极通常由铝（Al）或银（Ag）等材料制成，用于收集电子并将其引出器件。
金属电极具有良好的导电性和稳定性。
二、钙钛矿光电探测器结构钙钛矿光电探测器是一种高灵敏度的光电转换器件，广泛应用于光通信、光传感等领域。
其结构一般由基底、阳极、钙钛矿吸收层和电子传输层组成。
1. 基底：基底一般由硅（Si）等材料制成，用于支撑器件结构并提供机械强度。
2. 阳极：阳极常用的材料有铂（Pt）等。
阳极具有良好的导电性，能够有效地收集光生电荷并将其引出器件。
3. 钙钛矿吸收层：钙钛矿吸收层用于吸收入射光并产生电子-空穴对。
光子被吸收后，会激发出电子-空穴对，并通过电子传输层和阳极流向外部电路。
钙钛矿纯dmf_pbi2析出_相互作用_解释说明以及概述
钙钛矿纯dmf pbi2析出相互作用解释说明以及概述1. 引言1.1 概述本文旨在探讨钙钛矿纯DMF Pbi2析出的相互作用及其解释和说明。
钙钛矿是一类具有很高应用潜力的材料，广泛应用于太阳能电池、光催化、传感器等领域。
而DMF和Pbi2作为合成钙钛矿的关键成分，在复杂的合成过程中扮演着重要角色。
因此，了解它们之间的相互作用对于优化合成工艺、提高材料性能至关重要。
1.2 文章结构本文内容分为五个部分。
引言部分概述本文的研究内容及意义，并简要介绍文章结构。
第二部分将详细阐述钙钛矿化合物、DMF和Pbi2在合成过程中的作用机制与相互影响。
第三部分将介绍实验方法与过程，包括材料准备和试剂选择、实验步骤和条件设定以及实验结果与分析。
第四部分将对实验结果进行结果与讨论，并探讨该相互作用机制的扩展应用潜力与发展方向。
最后一部分则总结研究结果，并提出进一步工作的方向和研究的局限性。
1.3 目的本文的目的是通过对钙钛矿纯DMF Pbi2析出相互作用进行解释说明，揭示各成分在合成过程中的作用机制以及它们之间的相互关系。
同时，本文旨在为进一步研究提供基础，并探讨该相互作用的潜在应用价值和未来发展方向。
通过深入理解这些关键因素之间的相互作用，我们可以为合成优质钙钛矿材料提供有力支持，促进相关领域的科学研究与技术应用。
2. 钙钛矿纯DMF Pbi2析出相互作用解释说明：2.1 钙钛矿化合物简介：钙钛矿是一种具有特殊结构的晶体材料，在太阳能电池等领域有着广泛的应用前景。
它由金属离子和卤素离子组成的三维晶格结构构成，具有优异的光学和电学性质。
2.2 DMF在钙钛矿合成中的作用：DMF（二甲基甲酰胺）是一种常用的有机溶剂，在钙钛矿合成过程中起着重要的作用。
它可以提供溶剂环境，稳定反应体系，并促进离子之间的相互作用。
此外，DMF还可以调节反应条件，控制钙钛矿晶体生长速率和形貌，并影响其光学性质。
2.3 Pbi2在钙钛矿合成中的作用：Pbi2（碘化铅）是一种重要的前驱体物质，在钙钛矿合成中也发挥着关键作用。
钙钛矿结构及相关功能材料
钙钛矿结构及相关功能材料
钙钛矿是一种特殊的晶体结构，具有广泛的应用潜力。
它的晶格结构是由钙离子和钛离子组成的，具体化学式为ABX3，其中A代表一种正离子，B代表一种过渡金属离子，X代表一种阴离子。
钙钛矿结构可以被描述为一个由组成晶体的大量离子构成的三维网格，这些离子通过离子键连接在一起。
1.光电材料：钙钛矿晶体具有较高的光吸收效率和较低的载流子再复合率，这使得它们成为太阳能电池中的理想材料。
其中最著名的是有机无机杂化钙钛矿材料，如甲基铅溴钙钛矿（CH3NH3PbBr3）。
这些材料具有高效的光吸收和转换效率，可以用于制造高效能太阳能电池。
2.光催化材料：一些钙钛矿材料具有良好的光催化性能。
例如，钙钛矿材料钙钛矿-氮化铟（CaTiO3-InN）复合材料在可见光下具有较高的光催化活性，可用于光催化水分解产生氢气。
3.电子器件：钙钛矿材料被广泛应用于各种电子器件中，如传感器、电容器和电阻器。
由于其良好的电子导电性和介电性，钙钛矿材料可以用于制备高性能的电子器件。
4.光学材料：钙钛矿晶体具有优异的光学性能，如高折射率和较低的吸收率。
因此，它们被广泛应用于光学镜片、光学纤维和光学传感器等领域。
5.荧光材料：一些钙钛矿材料具有良好的荧光性能，可用于制备荧光标记物、显示屏和发光二极管（LED）等。
6.超导材料：一些钙钛矿材料在低温下表现出超导性质。
例如，镍酒石酸钙钛矿（Bi2Ca2Mn2O4）是一种高温超导材料。
总而言之，钙钛矿结构具有丰富的性质和广泛的应用潜力。
通过对其结构和特性的深入研究，人们可以发现和设计出更多具有新颖功能和应用的钙钛矿材料。
钙钛矿电池的结构
钙钛矿电池是一种新型的太阳能电池，采用钙钛矿结构的半导体材料作为光敏材料。
它具有优异的光电转换效率和较低的制造成本，被广泛认为是下一代太阳能电池的候选技术之一。
钙钛矿电池的基本结构包括透明导电玻璃（TCO）衬底、n型电子传输层、钙钛矿光敏层、p型传输层和金属背接触。
下面我会逐层详细介绍它们的结构和功能。
1. 透明导电玻璃（（TCO）衬底：作为钙钛矿电池的底部，透明导电玻璃衬底具有高透明度和良好的电导率。
它可以允许光线进入电池，并且提供一个电流的集电点。
2. n型电子传输层：位于衬底上方，n型电子传输层主要起到电子输运的作用。
它通常采用二氧化钛（（TiO2）或氧化锌（（ZnO）等材料，并通过电子传输和集电网格将电子引导到电池的外部线路。
3. 钙钛矿光敏层：钙钛矿光敏层是钙钛矿电池的关键部分。
典型的钙钛矿材料是一种有机无机杂化材料，包括有机阳离子（通常是甲胺阳离子）和无机阳离子（通常是铅离子）。
这种结构使得钙钛矿光敏层具有优异的光电转换性能。
4. p型传输层：p型传输层位于钙钛矿光敏层的顶部，主要用于传输正空穴，并帮助钙钛矿吸收更多的光线。
常用的材料有有机材料，如聚（3,4-乙烯二氧噻吩）（PEDOT:PSS）。
5. 金属背接触：金属背接触位于电池的顶部，用于收集电子和正空穴，并将它们引导到电池外部的电路中。
总而言之，钙钛矿电池的结构包括透明导电玻璃衬底、n型电子传输层、钙钛矿光敏层、p 型传输层和金属背接触。
这种结构的设计旨在实现高效的光电转换并收集产生的电子和正空穴，以产生可用的电能。
钙钛矿电池的结构设计和材料选择对于提高光电转换效率和稳定性至关重要。
第二章 晶体结构 - 2.3.8钙钛矿型晶体结构分析_06.15_CG
材料科学基础第 2 章2.3.8钙钛矿的晶体结构分析钙钛矿型晶体结构属于复合氧化物钙钛矿属立方晶系，面心立方格子B离子占据立方体体心位置A 离子占据立方体角顶位置O 离子占据立方体面心位置3有缘学习更多驾卫星ｙｇｄ３０７６或关注桃报：奉献教育（店铺）结构通式ABO3，其中A代表二价金属离子，B代表四价金属离子。
它是一种复合氧化物结构，该结构也可以是A为一价金属离子，B为五价金属离子。
3CaTiO3（钙钛矿型）晶体结构化学式CaTiO3晶体结构立方晶系，a0=0.385nm立方面心格子Ca2+ O2- Ti4+Z=4CaTiO3（钙钛矿型）晶体结构Ti4+配位CN=6与6个氧离子配位，构成[TiO6]八面体配位，共顶连接O2-配位CN=6与4个钙离子和2个钛离子配位，构成[OCa4TiO6] 配位Ca2+配位CN=12与12个氧离子配位，构成[CaO12] 配位为什么与O离子配位的分别是4个Ca2+，2个Ti4+？箭头所指的氧离子与立方体（010）面上的4个Ca2+配位，2个立方体体心位置的Ti4+配位。
Ca2+ O2- Ti4+为什么Ca离子的配位数为12？箭头所指钙离子与每个立方体3个面心位置的氧离子配位角顶上钙离子被周围8个立方体公用周围共有3 ×8=24个氧离子氧离子在面心位置，为相邻两个立方体公用，故CN=24 ÷2=12个Ca2+ O2- Ti4+Ca2+ O2- Ti4+钙钛矿结构中氧离子电价是否平衡？如何验证？箭头所指氧离子与立方体（010）面上的4个Ca2+配位，2个立方体体心位置的Ti4+配位。
根据静电价规则电价平衡钙钛矿中半径关系r O ——O 离子半径r A ——A离子半径r B ——B 离子半径半径有容差因子t=0.77-1.10CaTiO 3（钙钛矿型）晶体结构钙钛矿晶体结构中离子半径关系钙钛矿型结构晶体举例氧化物（1+5）氧化物（2+4）氧化物（3+3）氟化物（1+2）NaNbO3CaTiO3SrZrO3CaCeO3YAlO3KMgF3KNbO3SrTiO3BaZrO3BaCeO3LaAlO3KNiF3NaWO3BaTiO3PbZrO3PbCeO3LaCrO3KZnF3PbTiO3CaSnO3BaPrO3LaFeO3CaZrO3BaSnO3BaHfO3LaMnO3在不同温度时存在晶型转变结构特点结构畸变结构畸变立方晶系（高温）四方晶系正交晶系CaTiO 3（钙钛矿型）晶体结构性能与用途①性能②用途重要的功能材料，可通过掺杂改善其性能钙钛矿型BaTiO3，是典型的铁电材料，在居里温度以下有良好的铁电性能，是一种很好的光折变材料，可用于光储存。
有机分子钙钛矿-概述说明以及解释
有机分子钙钛矿-概述说明以及解释1.引言有机分子钙钛矿是一种新兴的材料，具有优异的光电性能和可调控性，被广泛应用于光伏领域。
本文将从有机分子钙钛矿的定义和特点、合成方法以及在光伏领域的应用等方面进行探讨和分析。
通过对这一新型材料的深入研究，可以为光伏技术的发展提供新的思路和方法。
"3.3 结论": {}}}}请编写文章1.1 概述部分的内容1.2 文章结构本文主要分为三个部分，即引言、正文和结论。
在引言部分中，将首先对有机分子钙钛矿进行概述，介绍其定义和特点，并说明文章的目的。
在正文部分中，将详细讨论有机分子钙钛矿的定义和特点，探讨其合成方法以及在光伏领域的应用。
最后，在结论部分中将对全文进行总结，展望有机分子钙钛矿在未来的发展趋势，并给出结论。
通过这样的结构安排，读者将能够系统地了解有机分子钙钛矿的相关信息，并对其在光伏领域的应用有更深入的了解。
1.3 目的：本文旨在系统介绍有机分子钙钛矿这一新兴材料的定义、特点、合成方法以及在光伏领域的应用。
通过对该领域的综合探讨，希望读者能够深入了解有机分子钙钛矿的相关知识，为其未来研究和应用提供参考和指导。
同时，通过总结已有研究成果，展望未来该材料在光伏领域的发展方向，推动其在能源领域的广泛应用。
2.正文2.1 有机分子钙钛矿的定义和特点有机分子钙钛矿是一种新型的无机-有机杂化钙钛矿材料，其结构包含有机分子和无机离子。
有机分子钙钛矿通常由钙钛矿结构的无机框架与有机分子(如甲胺、苯甲胺等)相结合而成。
这种材料具有许多优异的特性，使其在光电领域备受关注。
有机分子钙钛矿的特点包括：1. 光吸收性能强：有机分子的引入扩展了材料的吸收范围，使其在可见光和红外光区域具有较高的吸收率，有助于提高光伏器件的效率。
2. 光电转换效率高：由于有机分子的存在，有机分子钙钛矿材料具有较高的载流子迁移率和短路电流密度，从而提高了光伏器件的光电转换效率。
3. 可调节性强：通过合成不同种类的有机分子，可以调节有机分子钙钛矿材料的能带结构和光学性质，以满足不同光伏器件的需求。
钙钛矿结构及相关功能材料
钙钛矿结构及相关功能材料1. 引言钙钛矿是一类特殊的晶体结构，具有广泛的应用前景和研究价值。
钙钛矿结构的重要性主要体现在其独特的物理、化学和电学性质上。
本文将介绍钙钛矿结构的基本特征、相关功能材料的制备方法以及其在能源、光电子和催化等领域的应用。
2. 钙钛矿结构的基本特征钙钛矿结构是一种典型的ABX3型结构，其中A、B和X分别代表阳离子、阳离子和阴离子。
该结构是由A阳离子组成的立方最密堆积结构，B阳离子和X阴离子占据随机分布的氧化物八面体中的位置。
钙钛矿结构具有以下几个基本特征：•对称性：钙钛矿结构属于立方晶系，空间群通常为Pm-3m。
•阴离子配位方式：X阴离子以八面体配位方式与B阳离子相连。
•离子半径比：钙钛矿结构中，通常要求A 阳离子半径小于B阳离子半径且A离子与八面体中心的距离不能大于氧离子半径。
•构型：钙钛矿结构中的A和B阳离子可存在不同的取代位点，从而形成不同的构型。
3. 钙钛矿结构相关功能材料的制备方法钙钛矿结构相关功能材料广泛应用于能源、光电子和催化等领域。
钙钛矿结构的制备可以通过以下几种方法实现：3.1 水热合成法水热合成是一种常用的制备钙钛矿结构材料的方法。
该方法通常在高温高压的水溶液体系下进行，通过调节反应条件和反应物的配比来控制产物的结构和形貌。
水热合成法制备的钙钛矿结构材料具有晶体质量好、尺寸均一的特点。
3.2 溶剂热法溶剂热法是一种通过溶剂中的热效应来促进反应的方法。
该方法通常将反应物溶解在有机溶剂中，然后在高温下进行反应。
溶剂热法制备的钙钛矿结构材料具有高晶化度和尺寸可控性。
3.3 气相沉积法气相沉积法是一种通过在气相中沉积原子或分子来制备薄膜材料的方法。
该方法通常通过化学气相沉积或物理气相沉积来制备钙钛矿结构的薄膜材料。
气相沉积法制备的钙钛矿结构材料具有较好的薄膜质量和厚度可控性。
4. 钙钛矿结构相关功能材料的应用钙钛矿结构材料由于其独特的物理和化学性质，在能源、光电子和催化等领域有广泛的应用。
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2.2 压电及铁电材料
2.2.1 电介质的极化
电极化：电介质在外电场作用下，介质内的正负电荷重心
发生分离，形成电偶极子的过程。或在外电场作用下，正、
负电荷尽管可以逆向移动，但它们并不能挣脱彼此的束缚 而形成电流，只能产生微观尺度的相对位移并使其转变成
偶极子的过程。
自发极化：在无外电场作用的时候，晶体的正负电荷中心
变（如c轴伸长或缩短） 四方晶系
如果在两个轴向发
生畸变 正交晶系
若沿体对角线[111]
方向发生畸变 三
方晶系菱面体格子
由于畸变，使一些钙钛矿晶体结构中正、负电荷中 心不重合，即晶胞中产生偶极矩，产生自发极化。
2.2.2 压电和热释电效应
在机械应力的作用下介质发生 极化，形成晶体表面电荷的效 应称为压电效应。 反之，当外加电场于晶体，晶 体发生形变的效应称为逆压电 效应。逆压电效应也称电致伸 缩效应。这样的性质称为晶体 的压电性。具有压电效应的晶 体称为压电体。 热释电效应：具有自发极化的 晶体在温度发生变化，其极化 状态的发生改变，使电介质对 外显电性。
2.2.3 铁电性
自发极化的方向可以随着外加电场的方向改变而改变，从而使 这种晶体具有铁电性，该晶体称为铁电晶体。钙钛矿(ABO3) 型 铁电体是为数最多的一类铁电体。 在一定温度范围内，铁电体必然是压电体，而压电体则不一定 是铁电体。
铁电体的极化强度P与外电场E之间存在电滞回线， 因而，可用 是否存在电滞回线来判断是否是铁电体。
具有对称中心的晶类 （11种）
介电体 压电体 热释电体 铁电体
MO2 分子的极化过程示意图
化合物要具有好的铁电性能，需要满足以下条件：
必须具有改变原子相对位置的柔性基本结构，该结构应能灵活的改变原子相 对位置。 有一个轻微变形的晶体结构（某一方向），该结构中正负电荷中心不重合， 即晶体沿一个方向有极化。
T<120℃ Ti4+由于热涨落，偏离一方，形成偶极矩，按氧八
面体三组方向相互传递耦合，形成自发极化电畴。
2.2.5 压电材料及其应用
由于纯的钛酸钡居里点低、使用温度范围窄等
缺点，人们发展了一系列改性的钛酸钡材料。 如采用离子置换法或添加杂质，能改善钛酸钡
的特性，某些置换离子能使其第一居里点升高、
立方晶系(BaTiO3) （001）方向↓←120
oC
Ps
立方晶系 四方晶系
四方晶系 （011）方向↓← 0 oC 斜方晶系 ( 111）方向↓←- 80 oC 三方晶系
Ps 斜方晶系 三角晶系
Ps
BaTiO3单晶的介电常数与温度的关系
2. BaTiO3自发极化产生的原因：
Ti4+－ O2-间距大（2.005A），故氧八面体间隙大 , 因而Ti4+ 离子能在氧八面体中震动。 T>120℃，Ti4+处在各方几率相同（偏离中心的几率为零）， 对称性高，顺电相。
参考书目：王中林，康振川。功能与智能材料-结构演化与结
构分析，科学出版社，2002（第三章）
第二章 钙钛矿结构及相关功能材料
2.1 钙钛矿结构
2.2 压电及铁电材料
2.3 巨磁阻及庞磁阻效应 2.4 其它应用
2.1 钙钛矿结构（Perovskite）
当前压电、超导、磁电阻、催化、离子导 体等多种功能材料中，具有钙钛矿结构的
第二居里点降低，大大扩展了其使用温度范围。
通过置换掺杂发展了一系列钙钛矿结构压电陶瓷材料，主要代 表如下： Pb(Ti,Zr)O3 (PZT);
Pb(BⅡ1/3Nb2/3)O3(BⅡ=Mg、Co、Zn、Cd、Mn、Ni)；
Pb(BⅢ1/2Nb1/2)O3(BⅢ=Sb、Y)； Pb(BⅡ1/2W1/2)O3(BⅡ= Mg、Co、Cd ) Pb(BⅡ1/2Te1/2)O3(BⅡ= Mg、Ni、Co、Mn)； Pb(BⅡ1/3Nb2/3)O3(BⅡ= Mn、Ni) Pb(BⅢ1/2BⅤ1/2)O3(BⅡ= Fe、Cr; BⅤ=Nb、Ta)； (Pb1-xLax)(ZryTiz)1-x/4O3(PLZT)
材料占重要比例，因此钙钛矿结构材料也
是当前材料科学研究领域的热点之一。
1）钙钛矿结构
钙钛矿结构通式可用ABO3来表 达，晶体结构为立方晶系，是一 种位离子：一般为碱土或稀土离 子rA > 0.090nm B 位离子，一般为过渡金属离子 rB > 0.051nm
Ca2+
O24+
Ti
以CaTiO3为例讨论其配位关系
结构描述
Ca2+ 位置 O2- 位置 O2Ti4+
Ti4+ 位置
CNCa2+ = 12 (O) CNO2- = 6 (4A+2B)
Ca2+
CNTi4+ = 6 (O)
O2-和半径较大的Ca2+共同组成立方紧密堆积(面心结构)，Ti4+填充在 位于体心的八面体间隙中。
主要应用
电声器：扬声器、送话筒、
水下通讯和探测：水声换能器、鱼群探测器 雷达中的陶瓷表面波器件 通讯设备：陶瓷滤波器 精密测量：压力计 红外技术：红外热电探测器 高压电源：变压器 高密度信息存储
2.3 钙钛矿系庞磁阻(CMR)材料
CMR：Colossal Magneto-resistance
巨磁电阻效应（Giant Magneto-resistance，GMR）
原子磁矩不为0，交换积分常数A>0是铁磁性的必要与充分条件！
如果氧八面体层因(AO3)4-层变化（如A位置换、氧缺位）导致变形，则 自旋的反平行排列可能变化，出现铁磁性。 对于LaMnO3、BaMnO3、SrMnO3、CaMnO3、LaCoO3和SrCoO3化合物， Mn和Co分别有两种价态，Mn3+(或Co3+)离子之间、Mn4+(或Co4+)离子之 间为负磁性交换作用，因此正常情况下它们都是磁绝缘体和反铁磁性。 但Mn3+和Mn4+离子之间有一正的强交换作用，如果LaMnO3和BaMnO3、 LaMnO3 和SrMnO3、 LaMnO3 和CaMnO3分别混合，形成(La1-xA’x)MnO3 固溶体(A为2价离子)，该化合物将具有铁磁性。原因在于Mn3+和Mn4+离 子之间的正的磁交换作用。 二价的A’离子掺入A位置换3价La离子，导致氧空位的产生，引起氧八面 体变形，Mn3+离子在八面体中的J-T畸变使a-b面中的Mn-O键长不均匀， 一边长一边短，在一个属于Mn3+占据的轨道和邻近Mn4+空轨道间产生强 交换作用，导致面内形成铁磁性排列，而且电子从高自旋的Mn3+离子转 移到邻近Mn4+离子。因此这种材料不仅具有铁磁性，而且具有导电性。
两个电子自旋角动量的矢量模型
如图，按经典矢量模型处理：
Eex= -2As1s2 cos
当交换积分常数A为正时，交换能为最小值的条件是相邻原子间的电子自旋角 动量同向平行排列（=0，cos =1）。 当交换积分常数A为负（A<0）时，交换能为最小值的条件是相邻原子间的电 子自旋角动量反向平行排列（=180°，cos = 1）。 根据能量最小值原理，当铁磁体内部相邻原子的电子交换积分常数A取正值时， 相邻原子自旋磁矩要同向平行排列，从而实现自发磁化至饱和。此乃铁磁性的 起因。
2. 氧化物庞磁阻（Colossal Magnetoresistance，CMR）
CMR 效应的机理研究
典型的A2+B4+O3钙钛矿化合物中，过渡金属离子和氧离子发生交换作用，使
邻近金属离子的自旋交换积分为负，因此自旋反向排列，呈反铁磁性，可由
Anderson理论给予解释。
自发磁化理论
1928年海森堡（W. Heisenberg）和弗伦 克尔几乎同时提出分子场是由于相邻原 子间电子自旋的交换作用理论。是一种 量子力学效应。
c≠a
c=a
c≠a
钙钛矿结构化合物对于铁电体来说正是这样一种好的结构。 因为：
如果沿Z轴施加一电场，侧面上的4个氧离子比顶面和底面氧离子更 容易移动。
过渡族金属正离子具有空的d轨道，能产生自发的铁电体变形（J-T 畸变）。
2.2.4 典型钙钛矿结构材料—BaTiO3
1. BaTiO3的相变
铁电晶体中存在着自发极化方向不 同的小区域，那些自发极化方向相 同的区域称为电畴。
对于自发极化而言，从宏观统计
来看，晶体中存在着各个方向的 自发极化和电畴，它们相互抵消，
宏观上对外不呈现极性。 外电场作用时，沿电场方向极化
畴长大，逆电场方向的畴消失， 其它方向分布的电畴转到电场方
向，极化强度随外加电场的增加
晶胞常数：a = 4.01A
氧离子的半径：1.32A 钛离子的半径： 0.64 钛离子处于氧八面体中，
• •
两个氧离子间的空隙为：4.01－2× 1.32= 1.37 钛离子的直径：2× 0.64= 1.28
•
•
° °
•
•
•
•
钙钛矿降温过程中结构
畸变，对称性下降：
如果在一个轴向发生畸
1. 磁性金属多层膜GMR效应
图 Co/Cu多层膜的磁电阻与Cu层厚度tCu的关系曲线
Co/Cu多层膜的磁电阻与Cu层厚度tCu为0.9、1.9、3.0nm处， 分别有一明显的峰值，对应反铁磁耦合，谷对应铁磁耦合。 随着非磁层厚度的变化，多层膜中磁层的层间耦合在反铁磁
与铁磁间振荡，磁电阻值也在极大与极小间振荡。
2.
3. 钙钛矿结构中的离子半径匹配应满足下面关系式：
RA RO 2 (RB RO ) t
式中RA、RB、RO分别代表A、B、O的离子半径，t 称为容差因子（Tolerance Factor）。t =1时为理想的结构，此时A、B、O离子相互接触。理想结构只有 在t接近1或高温情况下出现。