超导 压电铁电
压电和铁电材料

7.4 热电、压电和铁电材料根据固体材料对外电场作用的响应方式不同,我们可以把它们分成两类。
一类是导电材料,即超导体、导体、半导体和绝缘体,它们是以传导方式传递外界电场的作用和影响(可以是电子传导、空穴传导和离子传导)。
另一类固体材料则是以感应方式来传递外界电场的作用和影响,这类材料叫做介电材料或电介质材料。
电介质材料置于外电场作用下,电介质内部就会出现电极化,原来不带电的电介质,其内部和表面将受感应而产生一定的电荷。
电极化可以用极化强度P 表示(单位体积内感应的偶极矩),这种电极化可以分为电子极化、离子极化和取向极化。
有一类电介质即使无外电场的作用其内部也会出现极化,这种极化称为自发极化,它可用矢量来描述。
由于这种自发极化的出现,在晶体中形成了一个特殊的方向,具有这种特殊结构的电介质,每个晶胞中原子的构型使正负电荷重心沿这个特殊方向发生相对位移,形成电偶极矩,使整个晶体在该方向上呈现了极性,一端为正,一端为负,这个特殊方向称为特殊极性方向,在晶体学中通常称为极轴。
而具有特殊极性方向的电介质称为极性电介质。
晶体的许多性质,诸如介电、压电、热电和铁电性,以及与之相关的电致伸缩性质、非线性光学性质、电光性质、声光性质、光折变性质等,都是与其电极化性质相关的。
晶体在外电场作用下,引起电介质产生电极化的现象,称为晶体的介电性。
7.4.1热电材料1. 热电效应(1) 塞贝克(Seebeck)效应当两种不同金属接触时,它们之间会产生接触电位差。
如果两种不同金属形成一个回路时,两个接头的温度不同,则由于该两接头的接触电位不同,电路中会存在一个电动势,因而有电流通过。
电流与热流之间有交互作用存在,其温度梯度不但可以产生热流,还可以产生电流,这是一种热电效应,称为塞贝克效应,其所形成的电动势,称为塞贝克电动势。
塞贝克电动势的大小既与材料有关,也是温度差的函数。
在温度差∆T较小时,塞贝克电动势E AB与温度差呈线性关系,即E AB=S AB∆T,式中S AB为材料A和B的相对塞贝克系数。
材料的压电性能和铁电性能比较

K2
通过逆压电效应得 转的 换机 所械压电效应转得换的所电能 转换时输入的总机械能
压电陶瓷振子(具有一定形状、大小和被覆工作电极的压电陶瓷 体)的机械能与其形状和振动模式有关,不同的振动模式将有相 应的机电耦合系数。
如对薄圆片径向伸缩模式的耦合系数为Kp(平面耦合系数); 薄形长片长度伸缩模式的耦合系数为K31(横向耦合系数); 圆柱体轴向伸缩模式的耦合系数为K33(纵向耦合系数)等。
3高灵敏度、高可靠性的传感器 压电力敏、声敏、热敏、光敏、湿敏和气敏等传感器
材料的压电性能和铁电性能比较
第二节 热释电与铁电性能
一 自发极化及其微观机制 1自发极化 极化状态是在外电场为零时自发产生的 晶胞中正负电荷中心不重合,晶胞的固有偶极矩会沿 同一方向排列整齐,使晶体处于高度极化状态 具有自发极化的晶体必然是个带电体,其电场强度取 决于自发极化强度 2局部电场形成的基本原理 偶极子起源于电荷为q的一种A离子在晶格中的位移, 则极化起因于晶格中所有的A离子作相同的位移,对于 任何一个单个的A离子,即使无外场作用,也有来自周 围极化P所产生的局部电场 3热释电效应和压电效应 束缚在表面的自由电荷层有一部分可恢复自由释放出 来,使晶体呈现出带电状态或在闭合电路中产生电流
材料的压电性能和铁电性能比较
4、频率常数N
对某一压电振子,其谐振频率和振子振动方向长度的 乘积为一个常数,即频率常数。
其中:
N=fr×l
fr为压电振子的谐振频率;
l为压电振子振动方向的长度。
薄圆片径向振动
Np=fr×D
薄板厚度伸缩振动 Nt=fr×t
细长棒K33振动
N33=fr×l
薄板切变K15振动
2 介质损耗 表征介电发热导致的能量损耗 3 弹性系数 压电体是一个弹性体,服从虎克定律 4 压电常数 机械能转变为电能或电能转变为机械能的转换系数 5 机械品质因数 表征谐振时因克服内摩擦而消耗的能量 6 机电耦合系数 表征机械能与电能相互转换能力
电介质材料(压电和铁电材料)

压电陶瓷材料Байду номын сангаас
锆钛酸铅系(PZT)陶瓷, 其化学式为Pb(Zrx, Ti1-x)O3, 是钙 钛矿结构的二元系固溶体,晶胞中B位置可以是Zr4+, 也可以 是Ti4+。居里点随锆钛比变化。根据器件的要求,可以选择 不同的锆钛比。 然而,锆钛酸铅系陶瓷在制备和使用过程中,都会给环 境和人类健康带来很大的损害。近年来,随着环境保护和人 类社会可持续发展的需求,研发新型环境友好的压电陶瓷已 成为世界各国致力研发的热点材料之一。2001年欧州议会通 过了关于"电器和电子设备中限制有害物质"的法令,并定于 2008年实施。其中在被限制使用的物质中就包括含铅的压电 器件。为此,欧洲共同体立项151万欧元进行关于无铅压电 陶瓷的研究与开发。美国和日本以及我国电子信息产业部也 相继通过了类似的法令,并逐年提高对研制无铅压电陶瓷项 目的支持力度。对新型无铅压电陶瓷的研究和开发也同样受 到了国内科技界与企业界的普遍关注。
小资料:最新的无铅压电材料 任晓兵博士在其论文中提出一种不同于上述机制的全 新原理,该原理利用铁电体在90度畴翻转时产生巨大变形 这一特性,并利用时效点缺陷的对称性性质而产生可回复 的应变(该性质亦为任晓兵博士所发现,X. Ren and K., Otsuka, 《Nature》, 1997)。任晓兵博士认为,存在点缺陷 的情况下,电畴在电场作用下发生翻转,当电场解除时, 在点缺陷的影响下,畴将回到原来的取向。在200V/mm的 电压下可产生0.75%的巨大可逆变形,是相同电压下PZT形 变量的37.5倍。 值得注意的是,产生这一巨大电致应变的材料为钛酸 钡基材料,这为开发对环境无害的高性能电致应变材料提 供了重要新途径。此项成果发表后,立即引起国际学术界 和工业界的强烈反响。
简述铁电、压电和热电纳米材料的催化研究

简述铁电、压电和热电纳米材料的催化研究铁电、压电和热电纳米材料近年来在催化研究领域引起了广泛关注。
这些材料具有特殊的结构和性质,对催化反应具有重要作用。
本文将对铁电、压电和热电纳米材料的催化性能进行简要介绍,并分析其应用前景。
铁电材料是一类具有铁电性质的材料,其具有正负两个永久电偶极矩的材料。
研究表明,铁电材料可以用作催化剂,提高催化反应的速率和选择性。
铁电材料的催化性能主要归因于其特殊的电荷分布和表面性质。
例如,铁电材料可以通过调节电荷重排来改变催化活性位点的结合能,从而影响催化反应的速率和选择性。
此外,铁电材料还可以通过外加电场和应力来调控其催化性能。
因此,铁电材料已被广泛应用于氧化还原反应、电催化和光催化等领域。
压电材料是一类具有压电效应的材料,其具有在外力作用下产生电荷分离的特性。
研究表明,压电材料可以用作催化剂,提高催化反应的速率和选择性。
压电材料的催化性能主要归因于其特殊的结构和电荷分布。
例如,压电材料的晶格变形可以改变催化活性位点的结合能,从而影响催化反应的速率和选择性。
此外,压电材料还可以通过外加电压来调控其催化性能。
因此,压电材料已被广泛应用于氧化还原反应、电催化和光催化等领域。
热电材料是一类具有热电效应的材料,其具有在温度梯度下产生电荷分离的特性。
研究表明,热电材料可以用作催化剂,提高催化反应的速率和选择性。
热电材料的催化性能主要归因于其特殊的热导率和电子结构。
例如,热电材料的热导率可以影响催化反应的热量传递和分子扩散,从而调控反应速率。
此外,热电材料的电子结构可以影响催化活性位点的结合能和反应中间体的稳定性,从而影响反应选择性。
因此,热电材料已被广泛应用于热催化和光催化等领域。
目前,铁电、压电和热电纳米材料在催化研究中的应用还处于起步阶段,但已经取得了一些重要的进展。
例如,一些研究发现,通过调控铁电、压电和热电纳米材料的晶格结构和表面性质,可以实现催化活性位点的精确定位和调控。
铁电材料BaTiO3的制备及其压电、光伏特性实验报告

铁电材料BaTiO3的制备及其压电、光伏特性实验报告调研报告一、文献综述1.背景:铁电材料是指具有自发极化,而且在外加电场下,自发极化发生转向的电介质材料,它是热释电材料的一个分支。
铁电材料由于其铁电性、介电性、压电性、热释电效应、热电效应、电光性质等特性,而广泛应用于各个领域(见下表1),如在通讯系统、微电子学、光电子学、集成光学和非机械学等领域有着重要的或潜在的应用,从而引起国内外学者的广泛研究。
表1.铁电薄膜材料的应用性质主要叁件介电性电容器,动态随机存取存储器(DRAM)压电性声表面波(SAW)器件、微型压电马达、微型压电骡动器热科电性热释电探测罂及阵列铁电性铁电HI机存取存储器(FRAM)、铁电场效应管电光效应光调制嘱,光波导声光效应声光偏转器光折交效应光注制器.光全息存储器非线性光学效应光学倍频器铁电薄膜材料根据成分可分为三大类,包括锯酸盐系、钛酸盐系、铝酸盐系,其中典型铁电材料有:钛酸钢(BaTiO3)、磷酸二氢钾(KH2Po4)等,然而BaTi03是一种强介电化合物材料,它具有很高的介电常数和较低的介电损耗,是电子陶瓷中使用最广泛的材料之一,它被称作“电子陶瓷工业的支柱”。
同时该材料是最早研究的钙钛矿结构的铁电材料,因此通过对该材料的学习、制备和性能的检测,对铁电材料领域的相关知识的了解有着重要的意义。
前人们对钛酸钢的制备和性能有着很多的研究,FI前对钛酸钢材料的研究已经往微型化发展,制备成铁电薄膜材料,同时研究不同的制备方法、元素掺杂等对钛酸钢薄膜材料性能的影响,在这基础上,研究外界条件(外加磁场等)对铁电薄膜材料的物理调控,渐渐的利用其性质应用于器件中(光伏器件、电容器等)。
2.制备方法与结构性质:结构性质:电介质材料按其晶体对称性可分为32种点群,在这32种晶体学点群中,有21种不具有对称中心,其中20种呈现压电效应。
而这20种压电性晶体中的10种具有受热而自发极化现象,因其是受热而引起电极化状态的改变,故这10种晶体又称为热释电晶体。
铁电功能材料最终版

典型化合物: BaTiO3 , CaTiO3 , SrTiO3 , PbTiO3 ,
ZnTiO3 , BaZrO3 , PbZrO3 等
b 复合钙钛矿结构化合物 (A1 x1 A2x2)(B1y1B2y2)O3型
B2离子:高价阳离子,如Ti4+,Nb5+,Ta5+,W6+ 等
A位变化形成的化合物:
(A1+2A2+2)TiO3型
(Sr,Ba)TiO3 (Sr,Ba)ZrO3
(Mg,Zn)TiO3
(A+11/2A+31/2)TiO3型 (Na1/2Bi1/2)TiO3
(Sr,Pb)ZrO3
(K1/2Bi1/2)TiO3
三、铁电功能材料
介电材料
电介质功能材料
压电材料 铁电材料 敏感电介质材料
电 功 能 材 料
电导体功能材料
导电材料 快离子导体 电阻材料 超导电体
铁电功能材料
铁电体(ferroelectrics)是电介质的一个亚 类,其基本特征是具有自发电极化并且这种 电极化可以在外电场作用下改变方向。由 于自身结构的原因,铁电体同时具有压电 性和热释电性,此外一些铁电晶体还具有 非线性光学效应、电光效应、声光效应、 光折变效应等。铁电体这些性质使它们可 以将声、光、电、热效应互相联系起来, 成为一类重要的功能材料。
晶粒尺寸对BT介电常数的影响
弛豫铁电陶瓷
ferroelectric ceramics
压电热释电铁电材料的应用
压电热释电铁电材料的应用引言:压电热释电铁电材料是一类独特的功能材料,具有压电、热释电和铁电效应。
这些特殊的性质使得压电热释电铁电材料在很多领域中有着广泛的应用。
本文将介绍压电热释电铁电材料的概念及其应用。
一、压电效应的应用:压电效应是指在外加电场的作用下,压电材料会发生形变。
压电效应在各个领域中有着广泛的应用。
例如,在声学领域,压电传感器利用压电效应将压力信号转化为电信号,用于测量、控制和监测声波。
在医疗领域,压电效应被应用于超声波技术中,用于诊断和治疗。
此外,压电效应还被应用于振动传感器、加速度计、压力传感器等领域。
二、热释电效应的应用:热释电效应是指在温度变化的作用下,热释电材料会发生电信号的变化。
热释电效应在能量转换和传感器方面有着重要的应用。
例如,热释电发电机利用热释电效应将热能转化为电能,实现能量的回收和利用。
此外,热释电效应还被应用于温度传感器、红外传感器等领域。
三、铁电效应的应用:铁电效应是指在外加电场的作用下,铁电材料会发生极性反转。
铁电效应在信息存储和传输方面有着广泛的应用。
例如,铁电存储器利用铁电效应来实现信息的存储和读取。
铁电材料还被应用于传感器、电容器等领域。
四、压电热释电铁电材料的综合应用:压电热释电铁电材料的综合应用在科学研究和工程实践中起到了重要的作用。
例如,在机械工程领域,压电热释电铁电材料被应用于振动能量收集器,将机械振动能量转化为电能,实现自供电。
在电子工程领域,压电热释电铁电材料被应用于传感器、开关等元件,实现电信号的控制和传输。
此外,压电热释电铁电材料还在声学、光学、生物医学等领域有着广泛的应用。
结论:压电热释电铁电材料的应用涵盖了许多领域,包括声学、医疗、能源、传感器等。
这些材料的特殊性质使得它们在能量转换、信息存储和传感器方面具有独特的优势。
随着科学技术的不断进步,压电热释电铁电材料的应用前景将更加广阔,为人类创造更多的价值。
压电、热释电与铁电材料及应用PPT文档21页
压电、热释电与铁电材料及应用
指导老师:
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压电材料的物理机制
压电效应的原理 典型压电材料分析
压电效应的原理
多晶体结构的压电材料在一定温度下经极化处理制成压电元件, 它在受到外力作用而发生形变时,其表面会产生极化电荷,这就 是所谓压电效应;反之,当在压电元件两端面加一外电场时会发 生伸缩形变,称为逆压电效应。压电效应中各量(力学量、电学 量和压电常数等)之间的关系可用一方程组描述:
谢辞
感谢各位老师对我的论文给予指导! 感谢同学们给予我的支持!
谢谢大家!
31、只有永远躺在泥坑里的人,才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭,生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍,就是一下子不要学很多。——洛克
SiO 2
典型压电材料分析
热释电红外报警器工作原理
热释电红外报警器主要由光学系统、热释电红外传感器、信号滤波和放 大、信号处理和报警电路等几部分组成,其结构框图如图所示。图中, 菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理,在探测器前方产生一个交替变化 的“盲区”和“高灵敏区”,以提高它的探测接收灵敏度。当有人从透 镜前走过时,人体发出的红外线就不断地交替从“盲区”进入“高灵敏 区”,这样就使接收到的红外信号以忽强忽弱的脉冲形式输入,从而加 强其能量幅度。达到报警效果。
热释电、铁电材料的Байду номын сангаас展方向
未来铁电薄膜以及介电模式工作的陶瓷材料将成为成 像应用的主要热释电材料。在薄膜材料这方面首先研制高 性能的热释电薄膜,并要求制备工艺中的温度不要超过 550℃,以便与硅工艺相兼容。介电模式工作的热释电材 料中,以BST和PST陶瓷为主流,可以探讨采用其他工艺 来提高此类材料的热释电性能。
功能性材料和器件的应用
功能性材料和器件的应用随着科技的不断发展,各种功能性材料和器件的应用范围越来越广泛。
在生活中,我们很难想象没有这些科技支持我们该如何生存。
比如,我们日常使用的手机、电脑、电视等电子产品都离不开功能性材料和器件的应用。
功能性材料是指能够具备一些特殊功能的材料,如导电材料、超导材料、光学材料、磁性材料、铁电材料、压电材料等。
这些材料的应用范围非常广泛,在现代科技中扮演着至关重要的角色。
导电材料是一类特殊的功能性材料,它们可以传导电信号。
我们生活中最常见的导电材料就是铜导线,它们是电子产品中电池、电路、电子元器件之间的连接线。
在电子技术领域,导电材料的应用非常广泛,如电子传感器、电子散热器、电子电源等。
此外,各种电子产品中所使用的显示器材料都是导电材料。
超导材料是一种在低温下可以电阻为零的材料。
超导材料的应用非常广泛,如医学成像、电磁列车、磁悬浮等领域。
在医学成像中,超导磁体可以用于产生强大的磁场,帮助医生诊断疾病。
在交通领域中,超导材料可以用于制造磁悬浮列车,大大提升交通速度。
光学材料是指能够控制光线的材料。
光学材料的重要应用领域之一是信息科学和通信领域。
光纤通信就是一种利用光学材料传输信息的高速通讯技术。
此外,太阳能电池板等发电设备中也广泛应用了光学材料。
磁性材料是指具有磁性的材料。
这些材料的应用范围非常广泛,如电感、电机、磁存储、磁阻、磁随机存取存储器等。
由于磁场可以通过电流的作用而产生,因此磁性材料也被广泛应用于现代电子产品中的磁场传感器和磁传递器。
铁电材料是一种具有电荷极化现象的材料。
铁电材料可以用于制造电容器、压电传感器、调速器、温敏电阻等。
磁存储器、压电传感器、自适应反馈控制系统等电子产品都离不开铁电材料的应用。
压电材料可以在力的作用下产生电荷或变形。
压电材料的应用领域包括电子信息领域、声学领域、应力测量等。
在全息照相、声波传感、超声医学、陀螺定位等领域中都广泛应用了压电材料。
除了功能性材料外,功能性器件也是现代科技中不可或缺的一部分。
铁电体材料理论及性综述
Pb(Zn1/3Nb2/3)O3,Pb(Mg1/3Nb2/3)O3 Pb(Ni1/3Nb2/3)O3, Pb(Mg1/3Ta2/3)O3
Pb(Mg1/2W1/2)O3,Pb(Co1/2W1/2)O3
Pb(B+31/2B+51/2)O3型
Pb(Fe1/2Nb1/2)O3,Pb(Fe1/2Ta1/2)O3
4. 铁电材料的钙钛矿结构
b 复合钙钛矿结构化合物
(A1 x1 A2x2)(B1y1B2y2)O3型
A1A2占据A位,满足条件: 其中:x1,x2分别为A1离子和A2离子化学计量比:x1+x2=1
A位化合价= A1·x1+A2 ·x2=+2价
4. 铁电材料的钙钛矿结构
b 复合钙钛矿结构化合物
(A1 x1 A2x2)(B1y1B2y2)O3型
利用其压电特性,可以用于制作压电陶瓷谐振器、滤波器、 压电传感器、超声换能器、压电变压器等电子元器件。
4. 铁电材料的钙钛矿结构
钙钛矿结构以BaTiO3的结构为代表,许多铁电、介电、压电、光 电以及高温超导材料都具有钙钛矿结构,如:
BaTiO3, PbZrO3 Pb(Zn1/3Nb2/3)O3,Pb(Mg1/3Nb2/3)O3 (Na1/2Bi1/2)TiO3,(K1/2Bi1/2)TiO3
B1B2占据B位,满足条件: y1,y2分别为B1离子和B2离子化学计量比:y1+y2=1
B位化合价= B1·y1+B2 ·y2=+4价
B1离子:低价阳离子,如Mg2+,Zn2+,Ni2+,Fe3+等 B2离子:高价阳离子,如Ti4+,Nb5+,Ta5+,W6+ 等
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2.3 超导材料
超导材料的典型应用
大功率输电
现有大功率输电是采用高压输电,其导线 电阻造成了极大的功率损失。超导输电是采用 零电阻和高电流密度的超导材料作为导体,其 电缆本体的焦耳热损耗几乎为零。计算表明, 同等尺寸的超导电缆输电容量比常规铜电缆高 3~5倍。 2004 年 7 月 10 日,由国产超导线材制造的 我国第一组超导电缆在昆明正式并网运行,昆 明西北地区的几万户居民和多个工业企业开始 用上了通过超导电缆传输的电力。这标志着继
IxC60
(ICl)xC60 SrCuO2 HgBa2Ca2Cu3Oy(简称Hg 系1223) HgBaCaCuO
57
60 130 164 230~270
日本金属所
有机超导体纽约州大学 几万大气压(1atm=101.325kPa) 15万大气压,美国休斯敦大学 待验证
2.3 超导材料
超导材料的典型应用
2.5 铁电材料
铁电性基本原理
电滞回线
当施加外电场 E 后,极化强度与外电 场方向一致的电畴逐渐长大,并随着 E 的 增加,晶体的极化强度 P 延 OAB 增大,直 至几乎全部与E方向一致,P值逐渐饱和。 B点所对应的Es称为饱和电场强度。 当 E 下降为零时, P 并不为零而是为 Ps , 称为剩余极化强度。只有当电场反向达到 Ec 时,剩余极化强度才消失, Ec 称为矫顽 电场强度。 当反向电场继续增强时,反向极化强 度迅速增加至 D 点达到饱和。当电场从 -Es 再度变化至Es时,P值由DHB变化至C点, 形成一个回线,称为电滞回线。
索、解决未来稳态聚变反应堆工程及物理问 题的最有效途径。
2.3 超导材料
超导材料的典型应用
超导计算机
超导计算机是利用超导技术生产的
计算机及其部件,其性能是目前电子计 算机无法相比的。目前制成的超导开关 器件的开关速度,已达到微微秒级 ( 0.000000000001 秒)。这是当今所有 电子器件都无法比拟的,比集成电路要 快几百倍。超导计算机运算速度比现在 的电子计算机快 100 倍,而电能消耗仅 是电子计算机的千分之一,如果目前一 台大中型计算机,每小时耗电10千瓦, 那么,同样一台的超导计算机只需一节 干电池就可以工作了。
体系 YBa2Cu3Oy(简称YBCO) Bi21Sr2Ca2Cu3Oy(简称Bi系2223) Bi21Sr2Ca7Cu8Oy Tl2Ba2Ca2Cu3Oy(简称Tl系2223) Tc/K 94 110 250 125 休斯敦大学 法国固体科研中心,东京大学 SrTiO上层层叠加,法国 阿肯色州立大学 备注
2.5 铁电材料
铁电性基本原理
介质损耗:电滞回线面积与铁电材料的损耗成正比,该能量损耗用来克服自
发极化改变方向和克服杂质、气孔、晶界等缺陷对畴壁运动所产 生的“磨擦阻力”。 对于结构完整的单晶,因介质损耗小而使电滞回线较窄; 存在缺陷和应力的多晶电滞回线较宽。
2.3 超导材料
超导的基本原理
库柏电子对
在费米面上的两个具有大小相等、方向相反的动量和自旋相反的电子,存 在一种大于库伦斥力的净吸引力,该吸引力来源于电子和晶格振动间的相互作 用。在这种吸引力作用下,这对电子将形成一种束缚态,称之为库柏对。
BCS理论
超导态的电子是由正则动量(机械动量和场动量之和)为零的库柏对组成 的,库柏对可以在晶格中无损耗地运动。 形成库柏对的两个电子能量之和小于孤立的两个电子,破坏一个库柏对需 要一定的能量。超导体达到一定温度的时候,库柏对全部被拆散,超导电性随 之消失。
铁电材料:在某温度范围内具有自发极化且极化强度可以因外电场而反向的一 类材料。当外电场变化一周时,出现了与磁滞回线类似的结果, 人们将这种回线称为电滞回线。必须指出的是,铁电材料指的不 是含铁材料。由于该类材料的介电常数特别大,通常也被称为强 介材料或强介体。 主要用途:铁电材料可以制成高性能存储器等电子器件。以铁电材料为基础的 新型存储器具有读写速度快、工作电压低、低功耗、抗辐射等优 点,因而有着广泛的应用前景。
2.4 电容器材料
电容器材料的工作原理
电容:当电压V加到两块中间是真空的平 行金属板上时,板上的电荷 Q0=C0V,比例系数C0就是电容。 相对介电常数:如果两板间放入电容器材 料,在相同的电压下,电荷增加了 Q1,则Q0+Q1=CV,电容增加了。 电容器材料引起电容增加的比例,
称为相对介电常数ε,或电容率 ε=C/C0=(Q0+Q1)/Q0
2.5 铁电材料
铁电性基本原理
自发式极化
自发式极化:在不存在外电场的情况下,晶体原胞中的正负电荷中心并不 重合,每一个原胞都有一个固有偶极矩。 自发式极化的必要条件:晶体不具有对称中心。 铁电材料的自发式极化只在某一温度范围内存在,当温度超过某一极
限值后,自发式极化消失。这一过程的临界温度称为居里温度(点)。通 常将存在自发式极化的晶体结构称为铁电相,不存在自发式极化的结构称 为顺电相。
2.3 超导材料
一、超导材料的内涵及主要用途
二、超导材料的基本性质
三、超导的基本原理
四、典型超导材料的性能特点
五、超导材料的典型应用
2.3 超导材料
超导材料的内涵及主要用途
超导材料:具有在一定的低温条件下呈现出零电阻以及排斥磁力线的性质的材 料。在超导体中流动的电流将持续不变,没有有损耗。根据其呈 现超导温度的不同(通常以液氮温度作为分界点)分为低温超导 材料与高温超导材料。 主要用途:超导电性用于制作磁体(应用于电机、高能粒子加速器、受控热核 反应等)、电力电缆、通信电缆和天线等。 完全抗磁性用于制作磁悬浮列车、无摩擦陀螺仪和轴承等。 超导隧道效应用于制作一系列精密电磁信号探测元件、用于高速 运行的计算机元件。
简单,成本也大为降低。我国的西南交通大学于 1994 年成功地研制了高温超导悬浮实验车(右 图)。其采用YBCO系高温超导材料作为超导体。
2.3 超导材料
超导材料的典型应用
磁流体推进
超导磁流体推进器:贯通海水的通道内建有 一个磁场,这个磁场能对导电船艉, 则反作用力便会推动船舶前进。 优势:安静、高速。现代潜艇使用了这种推 进器,便从根本上消除了因机械转动而产生的振 动、噪音以及功率限制,而能在几乎绝对安静的
超导磁悬浮
超导磁悬浮:将一块磁铁放在超导盘上,由 于超导盘把磁感应线排斥出去,超导盘跟磁铁之 间有排斥力,结果磁铁悬浮在超导盘的上方。 典型应用:超导悬浮在工程技术中应用潜力 巨大, 超导悬浮列车就是一例。让列车悬浮起 来,与轨道脱离接触,这样列车在运行时的阻力 降低很多,沿轨道“飞行”的速度可达500公里/ 小时。 高温超导体发现以后,超导态可以在液氮温 区 ( 零下 196 度以上 ) 出现,超导悬浮的装置更为
2.3 超导材料
超导材料的基本性质
迈斯纳效应
人们最早发现的超导体特征就是零 电阻效应,但是超导体与电阻无限小的 理想导体有本质区别 。当导体进入超导 态时,其内部的磁通线一下子被排斥出 去,保持体内磁感应强度B 为零。迈斯 纳效应的意义在于否定了把超导体看做 理想导体的看法。仅从零电阻效应得不 出迈斯纳效应,反之亦然。迈斯纳效应 和零电阻效应是超导体的两个独立的基 本属性。
2.3 超导材料
典型超导材料的性能特点
高温超导体
高温超导体有着与传统超导体相同的超导特性,即零电阻特性和迈斯纳效应。 但是高温超导体的电子配对机制还不清楚。 新型氧化物高温超导体有着独特的结构和物理特性,主要表现在明显的层状 结构、较短的电子相干长度、较强的各向异性以及Tc对载流子浓度的强依赖关系。
2.4 电容器材料
电容器材料的工作原理
电容器材料提高电容量是其在电场作 用下电极化的结果。当电容器材料放入电 场中时,电荷不能直接传递过去,但电荷 质点在电场作用下相互位移,形成许多电 偶极子,即发生极化,在表面感生了异性 电荷。在相同条件下,增加了电荷的容量。 材料越易极化,电容量也越大,电容器材 料的相对介电常数就越大。
2.4 电容器材料
电容器材料的典型应用
电容器材料的主要 应用就是形形色色的电 容器。电容器在工业和 科技当中有着广泛的应 用,是电子工业不可或
缺的组成部分。
2.5 铁电材料
一、铁电材料的内涵及主要用途
二、铁电性基本原理
三、典型铁电材料的性能特点
四、铁电材料的典型应用
2.5 铁电材料
铁电材料的内涵及主要用途
2.4 电容器材料
典型电容器材料的性能特点
1.气体 非极性气体:He、H2、N2、O2、CH4等
极性气体:HCI、NO等 混合气体:空气等 2.液体 非极性和弱极性液体:CCl4、苯、二甲苯等 极性液体:三氯联苯、乙醇和水等 3. 固体 非极性:金刚石、硅等晶体,高聚物如聚乙 烯、聚四氟乙烯等 极性:如NaCl、KCl、TiO2等晶体和极性高 聚物如聚氯乙烯等
2.3 超导材料
超导材料的基本性质
零电阻效应
1. 临界温度Tc 电阻突然消失的温度被称为超导体的临界温度Tc。 2. 临界磁场Hc(T) 超导电性可以被外加磁场破坏,对于温度为T(T<Tc)的超导体,当外磁场 超过Hc(T)时,超导电性就被破坏了, Hc(T)称为临界磁场。在临界温 度Tc,临界磁场为零。 3. 临界电流Ic(T) 在不加磁场的情况下,超导体中通过足够强的电流也会破坏超导电性,其 所需要的电流称为临界电流Ic(T)。在临界温 度Tc,临界电流为零。这个 现象可以从磁场破坏超导电性来解释,当通过的电流在样品表面产生的磁 场达到Hc(T)时,超导电性就被破坏,这个电流就是临界电流。
状态下以极高的航速航行。理论计算其航速可达 1
50 节,而这是任何机械转动类推进器不可能实现 的。 中科院从 1996 年开始超导磁流体推进技术的 研究,研制成功世界上第一艘超导螺旋式电磁流 体推进实验船(右上图)。其使用铌钛复合带材 制作超导线圈。