文档介绍：电工材料及应用(续二)
功能材料
一、概述
(一)功能材料的概念
功能材料是指具有特殊的电、磁、光、热、声、力、化学性能和生物性能及其转化的功能,用以实现对信息和能量的感受、计测、显示控制和转化为主要的非结构性高新材料。
(二)功能材料的特点

如NiTi合金,既具有形状记忆功能,又具有结构材料的超弹性性能。

同一成分的材料形态不同时,常会呈现不同的功能。如Al2O3陶瓷材料,拉成单晶时为人造宝石;烧结成多晶时常用作集成电路基板材料、透光陶瓷等;多孔质化时是催化剂的良好载体与过滤材料;纤维化时为良好的绝热保温材料。

结构材料常以结构形式为最终产品,而功能材料则以元件形式为最终产品。
,性能与质量的高精密性及高稳定性
为了赋予材料与元件的特定性能,需要严格控制材料成分(如高纯度或超高纯度要求、微量元素或特种添加剂含量等)和内部结构及表面质量,这往往需进行特殊制备与处理工艺。
(三)功能材料的分类
材料的铁电性
当正向电场逐渐减小至0时,仍存在不为零的极化强度,称剩余极化强度Pr。同样,当反向电场逐渐减小至0时,也存在不为零的剩余极化强度(-Pr)。
一、铁电性的基本特征
1、铁电材料在电极化中存在电滞回线形式的宏观特性
右图是单晶铁电体的电滞回线。
电滞回线B-C线性部分反向外推至E=0在纵轴P上的截距称为饱和极化强度Ps。
当电场反向达到EF时,剩余极化才全部消失。反向电场继续增大,极化强度才开始反向。EF常称为矫顽电场强度。
2、晶体结构是非中心对称的.
晶体的对称性决定着晶体的很多物理性质,在描述晶体对称性的32种点群中,有20种是非中心对称点群。在非中心对称点群晶体中可能出现一些特殊的物理性质。
几种与晶体对称性相关的重要物理性质:
A:对映体现象,
B:旋光性,
C:热释电效应
D:铁电效应,
E:压电效应,
F:二次谐波倍频效应
3、晶胞具有大小相等的自发非零电偶极矩。
如钛酸钡晶体
高温时为立方相,有对称中心,没有电偶极矩。
当温度降低到120度时,TiO6八面体基团发生畸变,基团中的Ti沿4次轴相对O原子移动12pm,Ba也在同方向移动6pm,O原子也偏离了正八面体。此时晶体转变为四方晶系,没有对称中心,每个晶包就具有自发非零电偶极矩,晶体也就变成了铁电体。
4、晶体中存在电畴形式的微结构
5、在外加电场下,晶体中的电矩可转变方向。
6、存在一个居里温度Tc(常称居里点),当T>Tc时,材料由铁电相转变为顺电相,极化时电滞回线特性消失,P与E一般呈现线性关系,并且介电常数随温度的变化服从居里-外斯定律:
式中C为居里-外斯常数,T0为居里-外斯温度。对连续相变,T0=Tc;对一级相变,T0<Tc。