铁电材料性能研究
铁电材料的制备及其铁电性能研究
铁电材料的制备及其铁电性能研究铁电材料是指具有铁电性质的材料，铁电性质是指在外加电场下，材料会发生极性翻转，即正负极性相互转换。
这种性质使铁电材料广泛应用于存储器、传感器、激光器、换能器、电容器等领域。
本文将介绍铁电材料的制备方法及其铁电性能研究。
一、铁电材料的制备方法1.溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种低温热处理制备铁电材料的方法。
首先，将合适比例的金属盐溶解在水和有机物的混合液中，然后使之脱水凝固，得到凝胶。
接着，将凝胶热处理干燥，形成透明的玻璃状材料。
该方法制备的铁电材料具有良好的机械性能和化学稳定性。
2.物理气相沉积法物理气相沉积法是一种高温热处理制备铁电材料的方法。
在该方法中，通过激光或者热蒸发等方式将材料原子或分子蒸发，沉积在基底上，形成薄膜结构。
该方法具有工艺简单、生产效率高等优点，可以制备出高质量的铁电薄膜材料。
3.气相沉积法气相沉积法是一种制备铁电材料薄膜的方法，通过气体反应沉积铁电薄膜。
该方法可以制备出大面积、高质量、低成本的铁电薄膜。
在该方法中，可以通过改变反应条件来控制铁电薄膜的性能，如薄膜的微观结构和组分等。
二、铁电材料的铁电性能研究研究铁电材料的铁电性能是了解材料电性能的一种重要手段。
以下是常用的铁电性能研究方法。
1.压电测试压电测试是通过在机械应力下测量铁电材料的电感生成能力来研究铁电性质。
在该测试中，将电极夹在铁电材料两端，给材料施加机械压力后，测量材料中电极间电势差的变化，进而计算出电感。
2.电容测试电容测试是一种测量铁电材料铁电性能的方法。
在该测试中，先将材料置于电场中，并在电场强度不断增大的过程中测量材料的电容变化，进而计算出材料的介电常数与电容变化量之间的关系。
通过电容测试可以了解材料的介电常数、铁电极化强度和耐电压强度等参数。
3.极化测试极化测试是一种研究材料极化行为的方法。
该测试中，通过在外场的作用下，测量材料中电极间电势差，进而计算出铁电极化强度的大小。
铁电材料的理论及实验研究
铁电材料的理论及实验研究随着科技的不断进步，电子产品已经走入了千家万户。
各种功能、性能、尺寸的电子产品层出不穷。
而这些电子产品离不开一个重要的材料——铁电材料。
铁电材料被广泛应用于电容、传感器、存储器等领域，成为现代电子科技的核心驱动力之一。
本文将从铁电材料的理论和实验研究两个方面，深入探讨这个神奇的材料。
一、铁电材料的理论（一）铁电材料的定义铁电材料是一种具有在电场作用下呈现出二极性的电性材料。
它的特点是具有自发极化，只需要在某一方向施加一定的电场即可改变其极性。
铁电材料的这一特性被广泛应用于储存信息和传感器等领域。
铁电常数越大的材料可以提高存储器的稳定性，同时也更适合用于传感器。
（二）铁电材料的发现铁电材料最早在20世纪30年代被发现，由俄国科学家维丘克（Sergei Alexeevich Vdovichenko）首先发现的单晶酸钾钽酸钡（KTaO3）。
然而，它只在极低的温度(-183℃)下表现出铁电性，难以应用于实际产品内部。
1944年，美国科学家西奥多·里卡德（Theodore Hendrik Maiman）将钙钛矿结构的晶体降温至室温，成功观察到纯电学衍射的现象。
由此，铁电材料的研究引起了广泛关注。
（三）铁电材料的性质铁电材料除了具有自发极化的特性，还具有记忆功能、非线性、压电和热电特性等多种性质。
其中，压电和热电特性是铁电材料非常重要的特性。
通过使用这种特性，可以制作出各种压电和热电器件，如振荡器、滤波器、谐振器等。
铁电材料非常脆弱，需要特别谨慎的处理方法。
二、铁电材料的实验研究铁电材料的特性分析需要进行一系列的实验研究。
这些实验研究包括物理、化学、电子学等领域。
有些研究注重理论推导，有些注重实验结果，还有一些研究注重应用前景。
（一）物理实验物理学家通过一系列实验，探索了铁电材料的基础物理性质。
例如，他们通过利用光学显微镜和原子力显微镜探索了铁电材料的形态学特征；通过拉曼光谱和X射线光谱测定了铁电材料的晶体结构。
铁电材料的性能优化与应用研究
铁电材料的性能优化与应用研究铁电材料是一类具有特殊性能的功能材料，其主要特点在于能够在外电场的作用下保持具有长程有序的电偶极矩，且可逆地改变偶极矩的方向。
这种独特的性能使得铁电材料在信息存储、传感器、能量转换等领域具有广泛的应用前景。
一、铁电材料的结构与性能铁电材料的结构种类繁多，包括钙钛矿结构、层状结构、纤锌矿结构等。
其中，钙钛矿结构是最常见的一类。
钙钛矿结构的铁电材料具有较高的对称性和特定的晶体结构，能够使晶体内部分子或离子发生位移，从而产生极化现象，形成电偶极矩。
与传统的电介质材料相比，铁电材料具有更高的介电常数、压电常数和压电系数，这些特性使得铁电材料在数据存储器件、超声传感器、电声设备等领域具有广泛的应用潜力。
此外，铁电材料还具有非线性光学效应、光电效应、超导效应等特点，使其在光电子器件和能量转换领域也具备重要意义。
二、铁电材料性能优化的方法为了提高铁电材料的性能，人们进行了大量的研究和实践。
一种常用的方法是通过掺杂和合金化来改善铁电材料的性能。
例如，通过向铁电材料中引入适量的掺杂离子，可以有效地调控晶格结构，减小晶格畸变，增加晶体的稳定性和材料的铁电极化强度。
另外，改变铁电材料的晶体生长方式也是提高性能的关键之一。
晶体生长方式对铁电材料的微观结构和性质有着重要影响。
研究人员通过不同的生长方法和条件，控制晶体生长方向、大小和纯度，从而优化铁电材料的性能。
此外，研究人员还利用先进的材料制备技术，如溶胶-凝胶法、水热法和物理气相沉积法等，制备出具有优异性能的纳米铁电材料。
纳米铁电材料相比传统的铁电材料，在电子极化、介电响应和机械性能等方面表现出更加优越的性能。
因此，纳米铁电材料在改善器件性能、提高制备效率和降低成本等方面具有重要应用价值。
三、铁电材料的应用研究由于铁电材料具有极化效应和压电效应，因此在传感器和执行器的领域得到广泛应用。
铁电材料可用作超声波发射器和接收器，具有优异的频率范围和灵敏度，被广泛用于医学超声诊断、工业无损检测和水声通信等领域。
铁电材料的研究及应用
铁电材料的研究及应用近年来，铁电材料作为一种具有独特性能和潜在应用的材料受到了广泛的关注。
铁电材料具有独特的电性质和结构，在电子设备、信息存储、传感器等领域具有广泛的应用前景。
本文将介绍铁电材料的基本原理、研究进展及其在实际应用中的应用前景。
一、铁电材料的基本原理铁电材料属于一种具有自发极化的材料，其内部存在着自发的电偶极矩。
这种自发极化特性使得铁电材料可以通过加电场进行矫正，同时可以在没有电场作用下保持自身的极化状态。
铁电材料的一个重要特性是反向极化，即在电场的反向作用下，其极性发生颠倒。
铁电材料的这些独特性质可以用于电容器、场效应管等电子器件。
二、铁电材料的研究进展铁电材料起源于20世纪40年代，后来在1951年由Devonshire 首次提出了铁电材料的概念。
从那时起，人们一直在研究铁电材料的结构、性能和应用。
近年来，随着科技的不断发展和人们对材料性能的深入认识，铁电材料的研究也取得了不少进展。
1. 纳米铁电材料的研究近年来，随着纳米技术的不断发展，在铁电材料研究中引入了纳米材料，使得铁电材料的性能得到了更好的提高。
许多研究表明，纳米铁电材料具有更好的电性能、机械性能和化学稳定性等优点。
同时，纳米铁电材料的研究对于理解材料性能、优化制备工艺等方面也具有重要意义。
2. 铁电材料的生长和表征技术铁电材料除了研究理论外，还需要实验技术的支持。
生长技术是铁电材料研究的基础，目前主要采用的是单晶生长技术。
除此之外，表征技术也是铁电材料研究中的关键技术之一。
现代表征技术主要包括X射线衍射、扫描电子显微镜、拉曼光谱、透射电镜等技术手段。
这些技术可以对铁电材料的结构、性能等方面进行全面的分析。
三、铁电材料的应用前景铁电材料具有独特的电性质和结构，因此也具有广泛的应用前景。
以下是几个铁电材料应用领域的介绍：1. 电子器件领域铁电材料的自发极化特性使得其可以用于制造电容器、场效应管等电子器件，使其具有更好的电性能。
铁电材料的制备与性能研究
铁电材料的制备与性能研究铁电材料是指在外电场作用下，能够产生电偏极矩而发生电极化的材料。
它们具有许多独特的物理和化学性质，因此被广泛地应用于电子、信息科学等领域。
铁电材料的制备与性能研究一直是热门的研究方向之一，本文就此进行探讨。
制备方法铁电材料的制备方法是多种多样的，常见的方法包括热压、液相法、气相法、溶胶-凝胶法、水热法等。
这里我们简要介绍其中几种方法。
热压法：热压法是将粉末填充进高温高压设备中，在一定的温度和压力下进行热压，使粉末结晶并形成石墨烯。
这种方法具有操作简单、成本低等优点，但是精度较低，需要进行后续的热处理。
液相法：液相法是通过溶液中的化学反应，制备出所需的铁电材料。
常见的液相法包括水热法和溶液法。
水热法的原理是将需要制备的化合物放入反应釜中，加入一定量的溶液，并加热到高温高压状态下进行反应。
溶液法则是将化合物溶解在水或有机溶剂中，迅速混合并经过去离子水/溶剂后，利用特定条件形成纳米颗粒或薄膜。
气相法：气相法主要有化学气相沉积法（CVD）和物理气相沉积法（PVD）。
CVD主要是利用化学反应在升高温度的环境下，在载气中加入金属或前体有机物，再让其在沉积器内形成膜。
PVD则是将待沉积材料制成靶，并在真空环境下通过离子轰击等方式，让材料以原子或微粒子的形式由靶材上沉积到基底上。
性能研究铁电材料具有良好的铁电性能，且具有压电、热电、光电等多种性质，可应用于材料、传感、储存、显示等多个领域。
因此，对铁电材料的性能研究也是重要的。
铁电性能：铁电性能指材料在外加电场下产生极化，当外力消失时，该材料仍能够维持所产生的极化状态。
通过电滞回线图，可以了解铁电相的情况，并对铁电材料做出鉴别。
压电性能：压电效应是指材料在外压力下产生电荷。
铁电材料具有压电性能，可以应用于超声波、传感等领域。
通过测试材料产生的电荷与加在材料上的外力值，可以评估材料的压电性能。
热电性能：热电效应是指材料在温度梯度下产生电荷。
铁电材料的结构与性能关系研究
铁电材料的结构与性能关系研究铁电材料是一类具有特殊电学性质的材料，其具有自发极化并且能够通过电场进行可逆调控。
铁电材料的研究，不仅对于理论物理学的发展具有重要意义，而且也具有广泛的应用前景。
然而，要实现对铁电材料的精确控制，就需要深入研究其结构与性能之间的关系。
首先，我们需要了解铁电材料的晶体结构。
铁电材料的晶体结构通常具有对称性的断裂，这种断裂可以在外加电场作用下引发电偶极矩的翻转，从而实现铁电性质的现象。
晶体结构的改变会对铁电性能产生重要影响。
例如，通过改变晶体的晶格参数、晶胞结构等，可以调控铁电性能的稳定性和电极化强度。
其次，我们需要研究铁电材料的晶格畸变。
晶格畸变是指晶体表面或内部处于不同应变状态，产生晶格扭曲现象。
而铁电材料具有较高的晶格畸变程度，这会导致材料内部的电偶极矩产生非线性响应，使得铁电材料具有良好的铁电性能。
因此，通过调控晶格畸变，可以进一步调节材料的铁电性能。
另外，铁电材料的晶体缺陷也会影响其性能。
晶体缺陷可以改变晶体的禁带结构、载流子浓度以及能带弯曲度等，从而对铁电性能产生影响。
研究发现，通过有选择地引入缺陷，可以有效地调控铁电材料的电极化强度和铁电相变温度等关键性能指标。
此外，铁电材料的界面效应也值得关注。
界面效应是指材料与其他材料或介质之间的相互作用。
铁电材料的界面性质会直接影响其电位垒高度、载流子浓度以及晶体结构和电荷分布等。
因此，通过调节铁电材料与其他材料的界面性质，可以有效地改变材料的性能。
总之，铁电材料的结构与性能关系研究至关重要。
通过深入理解铁电材料的晶体结构、晶格畸变、晶体缺陷和界面效应等因素，可以为设计和制备具有优异铁电性能的材料提供重要参考。
相信随着对铁电材料研究的不断深入，我们将能够开发出更多具有潜在应用价值的新型铁电材料。
铁电材料的性能研究和优化
铁电材料的性能研究和优化铁电材料是近年来备受关注的一类功能材料。
它具有电极化反转和pi电荷重分布的特性，有很高的压电和介电常数，在微电子电路、数据存储和传感器等领域有广泛的应用前景。
然而，铁电材料的性能优化仍是一个挑战，探索如何有效地提高其性能是当前铁电材料研究的热点和难点之一。
在本文中，我将围绕铁电材料的性能研究和优化这一主题进行讨论。
一、铁电材料的结构和性质铁电材料是一类具有铁电性质的无机材料，具有多晶、单晶或薄膜等多种形态。
在其结构上，铁电材料通常采用ABO3的结构，其中A代表Ba、Sr等极性大正离子，B代表Ti、Zr等过渡金属离子，O代表氧离子。
由于这种结构中B离子的电子结构，铁电材料在外电场作用下会表现出自发的电极化反转现象，从而具有压电、介电、铁电等多种性质。
在实际应用中，铁电材料的性能取决于其微观结构、晶体缺陷、材料形貌等多个因素。
其中，晶体缺陷是影响铁电材料性能的关键因素之一。
在晶体中，不同种类的缺陷会影响材料的电导率、介电常数、压电常数等多种性质，从而影响材料在不同的应用场景中的性能表现。
二、铁电材料的性能研究方法铁电材料的性能研究和优化是一个涉及多个层面和方面的工作，需要借助多种技术手段和实验方法。
以下是一些常用的铁电材料性能研究方法：1. X射线衍射：X射线衍射是一种常用的表征材料晶体结构和微观缺陷的方法。
通过X射线衍射，可以得到材料的晶体结构、晶面间距和材料中的缺陷类型等信息。
2. 透射电镜：透射电镜是一种高分辨率的电子显微镜技术，可以用于观察材料的微观结构和缺陷形貌。
通过透射电镜，可以观察到铁电材料的晶界、位错和孪晶等缺陷，并进一步探索这些缺陷对材料性能的影响。
3. 介电和压电性能测试：介电和压电性能测试是评估铁电材料性能的主要方法之一。
在介电测试中，可以测量材料在外电场下的介电常数和介电损耗，从而评估其应用于电容器、电缆等领域的适用性。
在压电测试中，可以测量材料在外力作用下的压电常数和压电系数，从而评估其应用于超声传感器、振动器等领域的性能表现。
铁电材料的性能研究与优化
铁电材料的性能研究与优化铁电材料是一种特殊的功能材料，其具有一系列独特的物理和化学特性，例如可逆的极化、压电、热释电、非线性光学和快速电化学响应等。
在近年来，铁电材料成为了研究热点，因为它们在电子器件、储能设备、传感器和光学器件中都有广泛的应用。
因此，铁电材料的性能研究与优化具有重要意义。
1. 铁电材料的性能与微结构铁电材料是一种具有不对称晶格的物质，其在内部结构上存在一些缺陷，正负离子存在失配和空缺，因此其极化状态可以被改变。
一般来讲，铁电材料的性能与微结构密切相关。
例如，当铁电材料中的缺陷数量和分布不均匀时，它们的极化强度会降低，且难以在外界的电场中被快速极化和去极化。
因此，铁电材料的制备工艺和微观结构对其性能的影响非常重要。
2. 铁电材料的表面性质与应用表面性质是影响铁电材料性能的重要因素之一。
现代科学技术中，往往要求材料具有高度的表面稳定性，因为表面是材料与外界相互作用的接口。
铁电材料的表面性质影响着其在电子器件和传感器中的应用，影响其与其它材料的界面相互作用。
因此，铁电材料的表面性质对其性能和应用具有重要意义。
3. 铁电材料的缺陷与优化在铁电材料中，缺陷是难以避免的。
在制备和应用过程中，会出现杂质等缺陷现象。
缺陷直接影响铁电材料的性能和应用。
因此，如何减少缺陷，实现铁电材料的优化，是当前铁电材料研究领域的重点之一。
此外，人们还可以通过引入特定杂原子、制备合适的晶体结构和生长条件等方法，来优化铁电材料的缺陷。
4. 铁电材料的制备与新型材料研究为了得到性能良好的铁电材料，人们对制备工艺进行了长期的探究和研究。
现在，学界和工业界都面临着提高铁电材料制备的效率、精度和可控性的挑战。
在新型材料研究方面，人们尝试合成功能性复合材料、高分辨率电子显微镜等新的研究方法，以解决现有材料面临的问题。
总之，铁电材料的性能研究与优化具有广泛的应用前景，也是当前研究热点领域。
铁电材料的性能与微结构、表面性质、缺陷与优化、制备与新型材料研究等方面都需要进行深入的探究和研究，以实现铁电材料的优化与提升。
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●总的看来，与其它各类阴极相比，铁电阴极具有自身独特的技术优势：(1) 铁电阴极可在常温下实现激励且伴生有空间电荷平衡的等离子体环境，使得电子束具有非常小的发散角度和较高的束亮度，所以铁电阴极又常称作铁电冷阴极(ferroelectric cold cathode)；(2) 通过阴极表面覆盖金属膜形状的设计，容易产生不同的束截面形状；(3) 铁电材料不怕“中毒”，因而对真空环境要求不苛刻；(4) 铁电材料价格低廉，易于制作，结构紧凑，坚固可靠；(5) 铁电冷阴极材料是绝缘体，功函数较低，因而可在较低的萃取电场作用下实现电子发射；(6) 铁电体的快极化反转理论上可产生5 210 A/cm 量级的最大电流密度，远远超过了热电子阴极和激光照射的光电阴极电子源。
(7) 发射电子能量高由周期性的自发极化反转产生的铁电体电子发射可用于新型的平面显示器。
电子发射出现于电极形状决定的极化区域。
因此，铁电显示器可做成投射型显示器，即通过投射转换把整幅图像一次性转换成电信号，而这对于一般场电子发射显示系统是不可能的。
铁电陶瓷平板显示技术与其他一些平板显示技术相比,具有许多优点。
铁电陶瓷板和铁电薄膜制备工艺较为简单,成本较低,可有效降低平板显示器的制造成本。
同时可以根据需要制作出各种尺寸和形状的陶瓷板或薄膜,易于制作出大尺寸的平板显示器,满足市场的需要。
现代陶瓷制备技术和薄膜制备技术可以保证制造出高度均匀的铁电陶瓷板和铁电薄膜,使得其在铁电发射时能均匀地发射电子,保证显示器亮度的均匀性。
用铁电陶瓷或薄膜代替场致发射显示器中的微尖端场发射阵列,可以避免因微尖端场发射阵列制备不均匀而带来的显示器亮度不均问题。
●铁电阴极发射的机理主要有两种：1、快速极化反转引起的电子发射这种理论认为铁电材料具有自发极化强度 P，在平衡状态下，这种自发极化被表面电荷屏蔽。
当施加外电场，机械压力，或者温度发生变化，都会导致 P 的反转，这时铁电材料表面原来的屏蔽电荷就会转变为非补偿性电荷，这种非补偿性表面电荷可在表面引起 105～107V/cm 的强瞬变电场，从而导致电子的发射[31,41,42]。
2、表面等离子体引起的电子发射这种理论认为，当铁电材料发生极化反转时会在材料表面形成表面等离子层事实上,发射电流密度大于 10-8A/cm2的电子发射均与表面等离子体有关。
1998 年以色列 Tel-Aviv 大学电子工程系物理电子学的 D. Shur 和 G.Rosenman 通过试验验证了铁电阴极表面存在有密度为 1010～1012/cm3的等离子体。
实验中还证实了从铁电阴极表面发射出来的电子中具有能量为几千电子伏的高能电子。
根据试验数据，他们认为极化的 PLZT（7/65/35）表面等离子体的产生有两种完全不同的机制，一种是金属－介质－真空形成的三接点在亚微秒时间内的高压放电所产生的等离子体；第二种机制是在铁电材料极化反转时电子发射产生的等离子体，这种等离子体在铁电材料极化反转和回转过程中都会产生，而且其引起的发射电子电量远高于由于极化反转所引起的充放电电量第 2 章铁电阴极电子发射的机理目前，关于铁电阴极电子发射的机理还存在一些争论，但广泛为人们所接受的机理主要有两种：一种是快速极化反转引起的电子发射；另一种是表面等离子体引起的电子发射。
2.1 铁电阴极电子发射的快速极化反转机理这种机理认为铁电材料电场诱导的电子发射（FEE ）是由快速极化反转而产生的。
快极化反转理论包括 4 个过程：自发极化、高密度的屏蔽电荷、快极化反转、屏蔽电荷的发射。
2.1.1 铁电材料的自发极化铁电材料一般分为两种：铁电单晶和铁电陶瓷。
经过人工极化的铁电单晶是晶态热电体；铁电陶瓷经过人工极化处理后成为多晶热电体。
3LiNbO 单晶属于前者，而研究最热的PZT 、PLZT 则属于后者。
对于铁电陶瓷这类铁电材料，-15-第 2 章铁电阴极电子发射的机理-16-中实线所示。
图中箭头标明了每个电畴的自发极化方向，由于陶瓷中各晶粒的晶轴取向随机，而自发极化的可能取向受每个晶粒的晶轴限制，因此，不同晶粒之间的电畴结构相关很小；而每个晶粒内部的电畴结构则倾向于使晶粒的自由能为最低。
陶瓷晶粒边界附近出现大量杂质和缺陷，并经常形成玻璃态结构。
由图 2.1（a）可见，对于未经人工极化的铁电陶瓷，其宏观极化强度、甚至每个晶粒的平均极化强度将因各电畴极化取向的不同而互相抵消，从而表现为宏观极化强度为零。
如果对铁电陶瓷施以很强的外部电场那么在电场作用下，每个晶粒将趋于单畴化，并且极化方向将尽可能平行于Eo ，如图 2.1（b）所示。
通常有两种方法帮助电矩克服各种阻力来完成单畴化。
一种是直接加一强外电场Eout ，如对于 PZT,Eout >2000V/mm；另一种方法是先将铁电陶瓷适当加热（通常高于相变温度 Tc），如PZT 加热到高于490℃，各电畴电矩可以较自由地旋转；这时再施以一个电场Eout（一般低于Eout），并将温度降至室温，除去电场后，铁电陶瓷将得到一个非零的持久极化强度Po 。
从图 2.1（b）中我们可以看到，各单畴化晶粒的电矩取向受限于各晶粒的晶轴取向，而不能完全平行于Eo,若设每个晶粒中最靠近Eo方向的电矩容许取向与Eo成θ角，并设SP 为铁电陶瓷的微观极化强度，那么经过以上方法处理的铁电陶瓷的宏观极化强度为P0可以表示为：Po≤PsCOSθ第 2 章铁电阴极电子发射的机理-18-2.1.3 铁电材料的屏蔽电荷、极化反转和电子发射为了平衡经过极化的铁电材料内部的宏观极化电荷，材料表面附近会积累符号相反数量相等的屏蔽电荷，使整个材料的极性呈中性，图 2.3(ａ)。
在极化方向受外电场作用迅速反向的条件下，电荷平衡状态被破坏，铁电材料表面将因之产生高密度未被屏蔽的电荷。
这时未被屏蔽的电荷与同符号表面自由电荷图 2.3 铁电阴极电子发射的快速极化反转机理图FE Ferroelectrics SE Screening electonSH Screening hole IE Injected electronW Work function A Potenial barrier−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−SPFEIE(b) 铁电材料极化反转时的电子发射和电子注入SPA WSH SEFE(a) 铁电材料静态时的屏蔽电子和屏蔽空穴Fast reversal第 2 章铁电阴极电子发射的机理-17-其中θ值由铁电单晶晶片的具体切向所决定。
因此，经过人工极化的铁电陶瓷片或铁电单晶晶片将具有强度为P 的宏观自发极化。
如图 2.2 所示，在铁电介质内部，电矩的正端和另一个电矩的负端相接，因此电矩正负端的束缚电荷正好抵消，使内部的束缚电荷显露不出来；但在介质的表面，这种抵消破坏了，电矩正端显露出正电荷，电矩负端显露出负电荷，这些面束缚电荷将在铁电介质内部产生一个电场Eur退，称为退极化场，其方向与P 相反，有使铁电介质退极化的趋势。
PEQEQP（a）（b）（c）图 2.2 电介质的极化和表面电荷-16-中实线所示。
图中箭头标明了每个电畴的自发极化方向，由于陶瓷中各晶粒的晶轴取向随机，而自发极化的可能取向受每个晶粒的晶轴限制，因此，不同晶粒之间的电畴结构相关很小；而每个晶粒内部的电畴结构则倾向于使晶粒的自由能为最低。
陶瓷晶粒边界附近出现大量杂质和缺陷，并经常形成玻璃态结构。
由图 2.1（a）可见，对于未经人工极化的铁电陶瓷，其宏观极化强度、甚至每个晶粒的平均极化强度将因各电畴极化取向的不同而互相抵消，从而表现为宏观极化强度为零。
如果对铁电陶瓷施以很强的外部电场E ，那么在电场作用下，每个晶粒将趋于单畴化，并且极化方向将尽可能平行于E ，如图 2.1（b）所示。
通常有两种方法帮助电矩克服各种阻力来完成单畴化。
一种是直接加一强外电场outE ，如对于 PZToutE >2000V/mm；另一种方法是先将铁电陶瓷适当加热（通常高于相变温度 Tc），如PZT 加热到高于490Co，各电畴电矩可以较自由地旋转；这时再施以一个电场'outE （一般低于outE ），并将温度降至室温，除去电场后，铁电陶瓷将得到一个非零的持久极化强度P 。
从图 2.1（b）中我们可以看到，各单畴化晶粒的电矩取向受限于各晶粒的晶轴取向，而不能完全平行于E若设每个晶粒中最靠近E 方向的电矩容许取向与E 成θ角，并设SP 为铁电陶瓷的微观极化强度，那么经过以上方法处理的铁电陶瓷的宏观极化强度为 P可以表示为：cosSP ≤P θ(2.1)如果各晶粒的晶轴取向是随机的，则cosθ对于六方相铁电体的值为 0.5，对于四方相为 0.831，三方相为 0.866。
如果是铁电单晶晶片，则沿晶片法线方向的宏观自发极化为：cosSP =P θ(2.2)第 2 章铁电阴极电子发射的机理-19-间的斥力场（一般可以到 10V/cm 量级）的作用将使多余电子越过表面势垒向真空发射，从而引发出高强度的电子束自发射和注入电子中和图 2.3（b）。
由于发射电子具有很高的能量（130keV），因此利用极化反转发射电子只需施加适当的激励电场和抽取电压即可发生。
铁电材料极化反转在表面产生的非屏蔽电荷密度∆ρ在数值上等于极化强度的变化量∆P ，即∆ρ = ∆P(2.3)若发射电极的有效面积为S ，则在一个发射脉冲周期内可用于发射的电荷数Q = ∆ρ× S = ∆ P ×S(2.4)若使P 反转所加高压脉冲的下降时间为rt ，则发射电流密度er r rQ S P SJt t t∆ρ×∆×= = =(2.5)上式表明，要获得强电流发射，应提供大的∆P 和较小的rt 。
用快极化反转发射机制来解释高速电压脉冲下获得的强电流发射取得了与实验相符的结果。
例如，发射电流密度与脉冲电压上升时间成反比的关系。
[8]。