文档介绍：第五章功能材料
第一节绝缘陶瓷(材料)
主要两个使用方面:
属于一般电介质材料
在电力工程上:电绝缘、绝缘支撑件(如绝缘子)
要求不仅电绝缘性好、导热性或传热性也好
在微电子领域:电路极板和电子元器件的封装
或一般电容器中的介质
功能电介质在电子工程、机电转换、光学、红外探测等中发挥独特的作用
特殊性质:强介电性、压电性、铁电性或热释电性等
具有特殊性质的陶瓷电介质材料:
真正意义上的功能电介质
将要学习的陶瓷材料
在具体介绍这些材料之前,为了使大家一开始就对它们的区别与联系有清醒的认识,我们首先来回顾和补充材料的介电、铁电、压电性,然后再介绍材料的热释电性,最后给出它们的区别与联系
第二节介电、铁电、压电、热释电性概述
第二节介电、铁电、压电、热释电性概述
一、材料的介电性回顾
材料在电场作用下表现出的对静电能的储存和损耗的性质
平行板电容器电场的能量:
(1)
材料具有的部分(或全部)隔断电场的性质
平行板电容器中场强:
真空:
电介质:
(2)
什么是材料的介电性
?
金属在外电场中达到静电平衡时,其内部场强为零-完全阻断电场
金属的介电性最强:
金属的介电性是来源于自由电子在电场作用下的位移或极化所引起的屏蔽效应
基本上不涉及束缚电荷,不把金属的介电性列入电介质物理研究的范畴
电介质:绝缘材料
极化后只能部分减弱其内的电场
正负电荷在电场作用下的分极
电介质介电性或极化的本质
?
电介质极化几种机制:
偶极分子的取向极化
(1)分子极化:电子位移极化、离子位移极化、
(2)电子或离子弛豫极化
(3)空间电荷极化
电子位移极化:
所有由分子或原子组成的物质
离子位移极化:
由离子键结合的物质
偶极分子的取向极化:
有极分子电介质
电子或离子弛豫极化:
内部含有弱束缚的电子或离子的电介质
空间电荷极化:
内部含有过剩电荷的电介质
各种极化机制的对象
?
明确点:
(1)极化是过程、需要时间、需克服阻力(耗能)
(2)不同机制极化的极化建立时间不同
介质频散(色散)和介质损耗
二、材料铁电性回顾与补充
具有很强电偶极矩的小区,
小区内各晶胞的具有固有电偶极矩、且方向相同
各电畴电偶极矩取向不同、任意体积元内的所有电畴电矩的矢量和为零
即使是铁电晶体材料通常也不是单电畴晶体
铁电陶瓷:铁电晶粒及非晶相组成
未受电极化时更不可能具有电性
1、回顾
电畴是什么-由什么组成
铁电性的根源是材料中含有电畴
?
?
未受电极化的铁电材料为什么不显电性
?
铁电材料(铁电畴)的重要特征:
外电场中的畴转向-趋向于外电场的方向
畴壁移动、转向、新畴的形成的过程,需要时间、需要克服内摩擦
电滞现象
(1) 单电畴铁电晶体为什么不容易形成
?
2、补充说明
单电畴晶体
晶体两端面有正负束缚电荷
单电畴晶体储有静电能
是高能、不稳定态
晶体生长受机械约束、整个单晶体分成多个电偶极矩方向不同的小区域—电畴
(2)铁电晶体的电畴类型-相邻电畴电偶极矩间的夹角
绝大部分铁电晶体属钙钛矿型结构
CaTiO3
不同的温度范围内有不同的晶相
四方晶系:结构畸变沿在一个轴向发生(c 轴伸长或缩短)
正交晶系:畸变沿两个轴向发生
斜方或三方:畸变沿体对角线[111]方向发生
畸变使一些钙钛矿晶体的晶胞的正、负电荷中心不重合、具有偶极矩
不同化合物的转变温度往往是不同的
温度: 高低
晶相:立方四方或正交斜方或三方