文档介绍：******@sdu. 1铁电体的电致伸缩与压电效应 Electrostriction and piezoelectric in ferroelectrics 电致伸缩与压电效应铁电体的压电方程 ******@sdu. 2 Piezoelectric and electrostriction 压电效应:是表示物体的应变与电场强度(或极化强度)之间存在线性关系,或者说是表示物体的应变与电场强度(或极化强度) 之间存在正比关系。电致伸缩效应:表示是表示物体的应变与电场强度(或极化强度)之间存在的非线性关系,或者近似认为应变与电场强度的平方(或极化强度的平方)成正比关系。 ******@sdu. 3 压电效应电致伸缩效应 ******@sdu. 4 BaTiO 3类型的铁电晶体或铁电陶瓷,在居里点温度以上处于非铁电相,是各向同性体,不存在压电效应。但存在电致伸缩效应。在居里点温度以下,如果未经极化处理,则是一个多畴体,体内总极化强度为零;还是各向同性体,不存在压电效应, 但存在电致伸缩效应。 ******@sdu. 5 压电效应可以用压电方程来描写,同样, 铁电体的电致伸缩效应也可以用电致伸缩方程来描写。其次经过极化后的铁电体,体内存在剩余极化强度(这个剩余极化强度的作用相当于在铁电体上作用一个直流偏压)。 ******@sdu. 6 在外加小信号场的作用下,出现压电效应。这表明在外加小信号场的情况下,可以由电致伸缩方程导出铁电体的压电方程。本节主要讨论如何通过铁电体的热力学函数表示式,导出铁电体的电致伸缩方程, 以及如何在小信号情况下,由电致伸缩方程导出铁电体的压电方程。 ******@sdu. 7 因为铁电体中的机电转换过程进行的很快,它来不及与外界交换热量,所以可认为机电转换过程是一个绝热过程。这就是说铁电体中各种常数的测量,都是在绝热条件下进行的。 ******@sdu. 8 再结合边界条件,通常选熵?,应力 T和极化强度 P为独立变量(或以?、T、E为独立变量)比较方便,相应的热力学函数为焓 H。这就是为什么讨论铁电体中的机电行为时,所用的热力学函数是焓H(?、T、 P),而不是自由能 F(?、T、P)的原因。 ******@sdu. 9铁电体的电致伸缩方程薄长片的电致伸缩方程。设薄长片的长度沿x方向,厚度沿 z方向,电极面与 z轴垂直。相应的热力学函数焓的微分表示式为: 3311dE PdT SddH?????对于绝热过程,存在 d?=0,上式简化为 3311dE PdT SdH??? ******@sdu. 10 相应的热力学关系为: 1T 3 31P 1 1P HET HS???????????????????????其中焓 H为??????? 31m mm 61i iiPESTUH对于薄长片的焓 H(T 1,P 3)为, 1 1 3 3 H U T S E P ? ??