压电铁电物理-王春雷yd09_14

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晶体的介电常数、弹性常数与晶体的对称性密切 相关。 同样,压电常数也与晶体的对称性密切相关。因 此不是从压电晶体上随意切下一块晶片,就能做 压电元件,而是要根据该压电晶体的压电常数来 设计晶片的切割。

4
正压电效应
当压电晶体受到外力而发生形变时,在它的 某些表面上出现与外力成线性比例电荷积累, 这个现象称为压电效应。 是一种线性响应!

9
现分别进行如下实验
(1)当晶片受到沿x轴方向的力Fx作用时,通 过冲击电流计,可测出在x轴方向电极面上 的电荷q(1)1。并发现x轴方向电极面上的电 荷密度(q(1)1/llw)的大小与x轴方向单位面 积上的力(Fx /llw)成正比,即:
q
(1 1
)

Fx
ll w
ll w
0 0 0 0



E E E
1 2 3


0

35
从上式可以看出:
(1)对于石英晶体不是在任何方向上都存在逆压 电效应,只有在某些方向,在某些电场作用下, 才能产生逆压电效应。例如,当x方向电场分量E1 作用时,可产生压电形变x1和x2以及压电切应变 x4。又如当z方向电场分量E3作用时,晶体不会产 生任何形变。
D1 d11

D2



d21
D3 E d31
d12 d22 d32
d13 d23 d33
d14 d24 d34
d15 d25 d35
d16 d26 d36



X2 X3 X4 X5 X6



36
(2)逆压电常数与正压电常数相同,并且一一 对应。

压电铁电物理(王春雷,李吉超,赵明磊编著)PPT模板

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4.7机电耦合系数 练习题 程序设计
07
第5章压电振子的振动模式
第5章压电振 子的振动模式
5.1薄长片
1 压电振子 的长度伸 缩振动
5.2薄圆片
2 压电振子 的径向振 动
3 5.3其他压 电振子
4 5.4等效网 络方法5 练来自题6 小课题08
第6章晶体的铁电性
第6章晶体 的铁电性
06
6.6铁电聚 合物
标轴的选择
06 思考题
04 第2章介电性质
第2章介电性 质
2.1介电常 数张量
01
2.2独立介
练习题
06
电常数
02
2.5静态
05
介电常数
与微观极
化率
04
2.4有效场 理论
03
2.3介电 极化机制
05 第3章弹性性质
第3章弹性性质
3.1应力、应变和胡克定律 3.2对称性与弹性常数 3.3晶体中的弹性波 3.4晶体的铁弹性 练习题
06
第4章压电效应与压电方程
第4章压电效 应与压电方

01 4 .1 压电效应
02 4 .2 压 电常 数与对称

03 4 .3 压 电晶 体的切割 04 4 .4 钛酸钡z切割晶片
的压电方程
05 4 .5 各 类压 电方程组 06 4 .6 一 般情 况下的压
的常数之间的关系
电方程组
第4章压电效应与 压电方程
8.3软模的基本概 念
8.5有序-无序型 铁电相变的赝自 旋模型
01
03
05
02
04
06
8.2KH<sub>2< /sub>PO<sub> 4</sub>型铁电 体的SlaterDevonshire理论

接触电极对压电纳米发电机性能影响的研究

接触电极对压电纳米发电机性能影响的研究
Qi u Yu Ya n g De c h a o Z h a o Yu Wa n g Xi a o n a Wa n g Qi n g y i
( S c ho o l of P hy s i c s a n d Op t o e l e c t r o ni c En g i n e e r i n g,Da l i a n Un i v e r s i t y of Te c hn o l o g y;
物 理与工 程
Vo 1 . 2 7 No . 4 2 0 1 7

接 触 电极 对 压 电 纳 米 发 电机 性 能 影 响 的研 究
邱 字 杨德 超 赵 宇 王 晓娜 王 清漪 ( 大连 理工 大 学 物理 与光 电工 程 学院 ;
。 大连 东软 信 息 学院 电子 工程 系 , 辽 宁 大 连 1 1 6 0 2 4 ) 摘 要 利用 低 温水 溶 液法在 柔 性 P E T 衬 底 上 生长 一维 氧化 锌( Z n O) 纳米 结构 , 并 采用 X RD、
p e r a t u r e a q u e o u s s o l u t i o n .Th e mo r p h o l o g i e s ,c r y s t a l s t r u c t u r e a n d o p t i c a l p r o p e r t i e s o f s a m— p i e s we r e c h a r a c t e r i z e d b y XRD a n d S EM . B e s i d e s ,w e h a v e s u c c e s s f u l l y d e v e l o p e d a d i r e c t — c u r r e n t( DC) p i e z o e l e c t r i c n a n o g e n e r a t o r b a s e d o n t h e f l e x i b l e PET s u b s t r a t e .I n o r d e r t o e n — h a n c e t h e o u t p u t p e r f o r ma n c e o f t h e n a n o g e n e r a t o r ,Au — c o a t e d n a n o r o d s we r e u s e d a s t h e t i p e l e c t r o d e s ,wh i c h s u c c e s s f u l l y r e a l i z e d t h e s t a b i l i t y o f t h e DC c u r r e n t o u t p u t . An t h e ma x i —

铁电压电物理报告

铁电压电物理报告

铁电压电物理报告1. 引言铁电材料是一类具有独特电学性质的材料,在电子器件、储能系统等领域具有广泛的应用前景。

铁电材料的压电和电致伸缩效应是其重要的性质之一,能够通过外界施加的电压产生结构变化,从而实现电-力(压电效应)和力-电(压电效应)的相互转化。

在本文中,我们将讨论铁电压电物理的基本原理、材料特性以及应用前景。

2. 铁电压电物理的基本原理铁电压电物理的基本原理可以通过铁电性质的描述来理解。

铁电材料的晶体结构通常呈现出非中心对称结构,具有没有中心反演对称性的特点。

这种非中心对称结构导致了铁电材料的铁电极化性质。

铁电极化是指材料中正负电荷中心的分离,产生微观的电偶极矩。

铁电材料的压电效应和电致伸缩效应是由于铁电极化可被外界施加的电场和应力所调控。

当外界施加电场时,其电场会对铁电材料中的电偶极矩进行重新定向,从而导致晶格发生微小的位移。

相反地,当外界施加应力时,晶格的变形也会引起内生的电场。

这种相互转化的过程即为压电效应和电致伸缩效应。

3. 铁电压电材料的特性铁电压电材料具有多种特性,使其在应用中得到广泛关注。

以下是铁电压电材料的一些重要特性:3.1 铁电畴和相变铁电材料在不同的温度和电场下,会出现不同的结构相。

在高温下,铁电材料会呈现无序的结构,称为顺电相;而在低温下,会形成有序的结构,称为铁电畴。

铁电畴是铁电材料中一种有序排列的电偶极域,具有不同的方向。

3.2 铁电耦合效应铁电压电材料具有铁电极化和其他物理性质之间的耦合效应。

例如,铁电材料的铁电极化可以通过施加电场和应力来调控。

此外,铁电材料还可以呈现出磁电耦合、催化性能等多种交叉耦合效应,为其在多种器件应用中提供了灵活性和多样性。

3.3 铁电材料的记忆效应铁电材料具有记忆效应,即保持其特定的铁电极化状态。

这种记忆效应使铁电材料具有可编程性和可重写性等优势,在存储器件和传感器等领域具有重要应用价值。

4. 铁电压电材料的应用前景铁电压电材料在电子器件、传感器、存储器件等领域具有广阔的应用前景。

山东大学试卷检查情况登记表

山东大学试卷检查情况登记表

不及格 6.96% ,优 秀3.48%
不及格 5.26% ,优 秀4.91%
不及格 4.94% ,优 秀4.10%

否,优秀 0
5%

否,优秀 0
2%
好 , 试 卷 和 政治学院
总成绩单排 列顺序一致
装 订 整 齐 规 政治学院

装 订 整 齐 规 政治学院

装订规范 军理部
装订规范 军理部
装订规范 军理部
塑造工艺原理
师命题
过30%
不及格 2% , 优 秀 50.8%
装订规范 信息学院
不及格 12.5% ,优 秀25%
装订规范 信息学院
不及格 2.326%, 优 秀32.558%

信息学院
电 磁 场 与 电 磁 雷虹

10 任 课 教 有 不 超 1
师命题

高频电子线路 陈延湖 10 题库 有 不 超 过
不及格3人 1.62% ,优 秀3.24%
良好
马列学院
装订整齐 马列学院
装订整齐 马列学院
自 然 认 证 法 概 范杰敏 10 校 内 统 有 不 超

一命题

气 动 与 液 压 控 刘延俊 10 校 内 统 是 否

一命题
画 法 几 何 与 机 刘素萍 10 校 内 统 是 否
械制图
一命题
计 算 机 技 术 基 查黎敏
军事理论
陈军升 20 校 内 统 有 不 超
一命题

军事理论
李传道 20 校 内 统 有 不 超
一命题

军事理论 军事理论
赵学武 10 校 内 统 有 否 无

压电铁电物理-王春雷yd0911

压电铁电物理-王春雷yd0911


X m
n
g
ni

s
E ij
e
m
j
n 1
j1
3
6
e m i

hx
m n ni

c
E ij
d
m
j
n 1
j1
3
6
g m i

x m
n
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s
D ij
h
m
j
n 1
j1
3
6
h m i

ex
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c
D ij
g
m
j
n 1
j1
d e sE X g e d cE x h g h sD X d h g cD x e
sE sD dtg gtd d t X d g t X g c D c E et h ht e et xe ht xh c E (s E )1 c D (s D )1

10
各类压电常数之间的关系
3
6
d m i

d 31E 3 d 31E3

x3

s
E 13
X
1

s
E 13
X
2

s
E 33
X
3

d 33E3

x4

s1E4 X 1

s
E 14
X
2

s
E 44
X
4

d15E 2
x5

铁电场效应晶体管书籍

铁电场效应晶体管书籍

铁电场效应晶体管书籍铁电场效应晶体管(Ferroelectric Field-Effect Transistor,简称FeFET)作为一种新型的非挥发性存储器元件,近年来在集成电路领域引起了广泛的关注和研究。

为了更好地了解和掌握FeFET的原理、工作机制和应用等方面的知识,有必要阅读专门的铁电场效应晶体管相关书籍。

近年来,关于铁电场效应晶体管的书籍不断涌现,这些书籍对该器件的相关原理、材料、工艺、性能以及应用等进行了详细的介绍和分析。

以下将推荐几本优秀的铁电场效应晶体管书籍,供读者参考。

1.《铁电场效应晶体管材料与器件》本书由王亮、朱修厂等人合著,全面系统地介绍了铁电场效应晶体管的相关原理、材料与器件设计等内容。

书中内容丰富、深入浅出,适合初学者入门阅读。

其中对铁电材料的选取、制备和优化进行了详细讲解,并对铁电场效应晶体管的特性、工作机制和应用做了深入分析。

2.《铁电场效应晶体管的物理与技术》该书由张勇等人编写,全面介绍了铁电场效应晶体管的物理原理和制备技术。

对铁电材料的特性、薄膜生长、场效应与耦合机制等方面进行了深入研究。

书中还对铁电场效应晶体管的性能进行了系统地讨论,以及其在可编程逻辑器件和非挥发性存储器等领域中的应用前景进行了展望。

3.《铁电场效应晶体管的基础与应用》本书由罗杰斯和瓦尔特合著,详细介绍了铁电场效应晶体管的原理、性质以及相关应用等方面的知识。

书中对FeFET的工作模式、器件结构和集成电路设计等进行了详细的介绍和分析。

同时,针对非挥发性存储器、逻辑门电路和传感器等领域,探讨了铁电场效应晶体管的应用前景和研究进展。

适合那些希望深入了解FeFET的读者阅读。

4.《铁电场效应晶体管优化设计与制造技术》该书由鲍文韬等人编写,是一本专注于FeFET优化设计和制造技术的著作。

书中从器件物理模型、电学特性、材料性质和工艺流程等方面阐述了铁电场效应晶体管的制造技术。

此外,该书还对FeFET中出现的问题和挑战进行了深入分析,并提出了解决方案和改进措施。

压电器件设计制作 - 西安交通大学教师个人主页 - 首页

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§1.1 压电效应
对某种介质施加机械应力,导致介质两端表 � 正压电效应: 正压电效应:对某种介质施加机械应力,导致介质两端表 面上出现符号相反的束缚电荷,电荷密度与外力成正比。 这种由于机械力的作用而使电介质产生极化并形成表面电 荷的现象叫正压电效应。 F
----- - +++++ 极化方向 ----- +++++ + 正压电效应示意图 (实线代表形变前的情况,虚线代表形变 后的情况)
Z � 通常把沿电轴x方向的力 Z 作用下产生电荷的压电效 应称为“纵向压电效应”, 而把沿机械轴y方向的力 Y X 作用下产生电荷的压电效 应称为“横向压电效应”。 X 而沿光轴z方向的力作用时(a)理想石英晶体的外形 (b)坐标系 不产生压电效应。
石英晶体
z z b o o x y x o y z
石英晶体
� 天然结构石英晶体的理想外形是一个正六面体,在晶体 学中它可用三根互相垂直的轴来表示,其中纵向轴Z- 光轴 ;经过正六面体棱线,并垂直于光轴的X-X 称为光轴 光轴;经过正六面体棱线,并垂直于光轴的 Z称为 电轴 ;与X-X轴和Z-Z轴同时垂直的Y-Y轴 轴称为 轴称为电轴 电轴;与 机械轴 。 (垂直于正六面体的棱面)称为 (垂直于正六面体的棱面)称为机械轴 机械轴。
居里点
t/℃
100 200 300 400 500 600
相对介电常数 石英在高温下 石英在高温下相对介电常数 的温度特性
石英晶体
� 石英晶体的突出优点是性能非常稳定,机械强度高,绝 缘性能也相当好。但石英材料价格昂贵,且压电系数比 标准仪器 或要求较高 压电陶瓷低得多。因此一般仅用于 压电陶瓷低得多。因此一般仅用于标准仪器 标准仪器或要求较高 的传感器中。 � 因为石英是一种各向异性晶体,因此,按不同方向切割 的晶片,其物理性质(如弹性、压电效应、温度特性等) 相差很大。为了在设计石英传感器时,根据不同使用要 求正确地选择石英片的切型。 � 石英晶片的切型符号表示方法:
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Z me Z em N= = Ze Ze
wangcl@
(5-97)
30
机电六端网络: 机电六端网络 : 如图5-21所示的机电六端 网络,选速度U1、U2和电流I为自变量,力 F1、F2和电压V为因变量,它的传输方程:
F1 = Z m11 U1 + Z m12 U 2 + Z me1 I F2 = Z m 21 U1 + Z m 22 U 2 + Z me 2 I V = Z em1 U 1 + Z em 2 U 2 + Z e I
wangcl@ 13
线性机电网络 线性机电网络
电学四端网络:如图5 15所示的四端网络, 电学四端网络:如图5-15所示的四端网络, 所示的四端网络 选电流I 为自变量,电压V 选电流I1、I2为自变量,电压V1、V2为因 变量,它的传输方程: 变量,它的传输方程:
V1 = Z11 I1 + Z12 I 2 V2 = Z 21 I1 + Z 22 I 2
F1 = Z m11 U1 + Z m12 U 2 F2 = Z m 21 U1 + Z m 22 U 2
(5-92)
wangcl@ 19
图 5-17 机械四端网络
wangcl@
20
F1 = Z m11 U 1 + Z m12 U 2 F2 = Z m 21 U 1 + Z m 22 U 2
wangcl@ 21
例如图5-18所示的T型机械四端网络,它 的传输方程为:
F1 = ( Z m1 + Z m12 ) U 1 + Z m12 U 2 F2 = Z m12 U 1 + ( Z m12 + Z m 2 ) U 2
(5-93)
wangcl@
式中: 式中: 为输出端开路( 即夹住) Zm11=(F1/U1)u2=0 为输出端开路 ( 即夹住 ) 时 输入机械阻抗; 的输入机械阻抗; 为输入端开路( 即夹住) Zm12=(F1/U2)u1=0 为输入端开路 ( 即夹住 ) 时 反向转移机械阻抗; 的反向转移机械阻抗; 为输出端开路( 即夹住) Zm21=(F2/U1)u2=0 为输出端开路 ( 即夹住 ) 时 正向转移机械阻抗; 的正向转移机械阻抗; 为输入端开路( 即夹住) Zm22=(F2/U2)u1=0 为输入端开路 ( 即夹住 ) 时 输出机械阻抗。 的输出机械阻抗。
(5-86)
wangcl@
6
图 5-13 LC串联电路
wangcl@
7
dI 1 V = L + RI + ∫ Idt dt C
对于正弦电流I=I0ejωt ,代入(5-86) 式后可得:
1 I = Z e I V = jωL + R + jωC
wangcl@ 33
电学端开路和力学2 电学端开路和力学2端 开路(即夹住) 开路(即夹住)时力学 端的输出机械阻抗 输出机械阻抗; 1端的输出机械阻抗;
电学端开路和力学1 电学端开路和力学1端 开路(即夹住) 开路(即夹住)时的 转移机械阻抗 力学1 力学1端开 路和力学2 路和力学2 端开路时的 变换参数。 变换参数。
1 I = Z e I LC串联电路 V = jωL + R + jωC
LC并联电路
1 1 I = jωC + + V = GeV R jω L
wangcl@ 12
表5-1 机械量与电学量类比
机械量 力F 速度U 速度U 质量m 质量m 力阻R 力阻Rm 力顺1/K 力顺1/K 机械阻抗 Zm 电学量 一类(串联) 二类(并联) 一类(串联) 二类(并联) 电压V 电压V 电流I 电流I 电流I 电压V 电流I 电压V 电感L 电容C 电感L 电容C 电阻R 电导1/R 电阻R 电导1/R 电容C 电感L 电容C 电感L 阻抗Ze 阻抗Z 导纳Ge 导纳G
1 1 I = jωC + + V = GeV R jω L
(5-89)
比较(5-85)式、(5-87)式和(5-89) 式,可得机电类比如表5-1所示。
wangcl@ 11
机械振动
K F = jωm + R m + U = Z m U jω
K F = jωm + R m + U = Z m U (5-85) jω
wangcl@ 5
某LC串联电路,如图5-13所示,其中电 感为L,电容为C,电阻为R,电流为I。 若外加电压为V,则有:
dI 1 V = L + RI + ∫ Idt dt C
式中: 式中: Zm11=(F1/U1)U2=0,I=0 为电学端开路和力学 2 端开路 ,I=0 为电学端开路和力学2 即夹住)时力学1端的输出机械阻抗 输出机械阻抗; (即夹住)时力学1端的输出机械阻抗; Zm12=(F1/U2)U1=0,I=0 为电学端开路和力学 1 端开路 ,I=0 为电学端开路和力学1 即夹住)时的转移机械阻抗 转移机械阻抗; (即夹住)时的转移机械阻抗; Zme1=(F1/I)U1=0,U2=0 为力学 1 端开路和力学 2 端开 ,U2 为力学1 端开路和力学2 路时的变换参数 其余的系数与此情况类似, 变换参数。 路时的变换参数。其余的系数与此情况类似,故 从略。 从略。
(5-90) 90)
wangcl@ 14
图 5-15 电学四端网络
wangcl@
15
V1 = Z11 I1 + Z12 I 2 V2 = Z 21 I1 + Z 22 I 2
式中: 为输出端开路时的输入电阻 输入电阻; Z11=(V1/I1)I2=0为输出端开路时的输入电阻; 为输入端开路时的反向转移阻抗 反向转移阻抗; Z12=(V1/I2)I1=0为输入端开路时的反向转移阻抗; 为输出端开路时的正向转移阻抗 正向转移阻抗; Z21=(V2/I1)I2=0为输出端开路时的正向转移阻抗; Z22=(V2/I2)I1=0为输入端开路时的输出电阻。 为输入端开路时的输出电阻。 输出电阻
Z me Z em Z me U + F = Zm − V Ze Ze Z em 1 I=− U+ V Ze Ze
F = Z 'm U + NV 1 I = − NU + V Ze
将(5-96)式与(5-95)式比较,即得 机电变压器的转换系数N为:
34
F1 = Z m11 U 1 + Z m12 U 2 + Z me1 I F2 = Z m 21 U 1 + Z m 22 U 2 + Z me 2 I V = Z em1 U 1 + Z em 2 U 2 + Z e I
wangcl@
若选V、U1、U2为自变量,则由(5-98) 式可得到另一组传输方程:
dU m = F − R m U − kx dt
wangcl@
3
图 5-12 机械振动系统
wangcl@
4
dU m = F − R m U − kx dt
或:
dU F=m + R m U + K ∫ Udt dt
(5-84)
对于正弦运动 U = U 0 e jωt 代入(5-84)式得:
22
图 5-18 T型机械四端网络
wangcl@
23
机电四端网络: 机电四端网络:如图5-19所示的机电四端网络,选 电流I和速度U为自变量,电压V和力F为因变量, 它的传输方程:
F = Z m U + Z me I V = Z em U + Z e I
(5-94)
wangcl@
2
机电类比
某机械振动系统, 如图5 12所示 所示, 某机械振动系统 , 如图 5-12 所示 , 其中 质量为m 弹性常数为K 阻力为R 质量为m,弹性常数为K,阻力为RmU,振 动速度为U 若外界的作用力为F 动速度为 U 。 若外界的作用力为 F , 则此 系统的运动方程式为: 系统的运动方程式为:
(5-87)
wangcl@ 8
如果为LC并联电路,如图5-14所示,则有
dV V 1 I = Ic + IR + IL = C + + ∫ Vdt dt R L
(5-88)
wangcl@
9
图 5-14 LC并联电路
wangcl@
10
对于正弦电流V=V0ejωt,代入(5-88)式 后可得:
(5-98)
wangcl@ 31
图 5-21 机电六端网络
wangcl@
32
F1 = Z m11 U 1 + Z m12 U 2 + Z me1 I F2 = Z m 21 U 1 + Z m 22 U 2 + Z me 2 I V = Z em1 U 1 + Z em 2 U 2 + Z e I
wangcl@ 26
F = Z m U + Z me I V = Z em U + Z e I
若选V、U为自变量,则由(5-94)式可 得另一组传输方程:
Z me Z em Z me U + F = Zm − V Ze Ze Z em 1 I=− U+ V Ze Ze
(5-95)
wangcl@
27
例如图5-20所示的机电四端网络,它的 传输方程为:
F = Z 'm U + NV 1 I = − NU + V Ze
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