鐵電壓電-期中復(fù)習(xí)2014

明德博學(xué)守正出奇鐵電壓電材料與器件鐵電壓電材料與器件

-期中復(fù)習(xí)主要內(nèi)容晶體結(jié)構(gòu)及對(duì)稱(chēng)性介電性質(zhì)鐵電效應(yīng)彈性性質(zhì)壓電效應(yīng)熱釋電效應(yīng)光學(xué)性質(zhì)電介質(zhì)材料電介質(zhì)材料鐵電材料熱釋電材料壓電材料電介質(zhì)材料介電溫度電阻效應(yīng)聲光效應(yīng)光折變效應(yīng)電光熱釋電鐵電壓電聲表面波傳感器動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器聲光調(diào)制器全息存儲(chǔ)器紅外探測(cè)器電光調(diào)制器非揮發(fā)性存儲(chǔ)器溫度傳感器電介質(zhì)材料的性能和應(yīng)用一、晶體結(jié)構(gòu)及對(duì)稱(chēng)性1.1晶體晶體結(jié)構(gòu)雪花晶體：原子按一定的周期排列規(guī)則的固體，具有周期性或平移對(duì)稱(chēng)性，也叫長(zhǎng)程有序，例如：天然的巖鹽、水晶以及人工的半導(dǎo)體鍺、硅單晶。自范性：晶體能自發(fā)地形成封閉的規(guī)則的幾何多面形晶面角守恒：同一晶體，任兩個(gè)對(duì)應(yīng)晶面的夾角不變均勻性；晶體中任意兩點(diǎn)的物理性質(zhì)相同；對(duì)稱(chēng)性；在某些特定方向上異向同性；各向異性；不同帶軸方向上晶體的物理性質(zhì)不同；解理性：晶體具有沿某些確定方位的晶面劈裂的性質(zhì)；固定的熔點(diǎn)：特定溫度開(kāi)始熔化，熔化過(guò)程溫度不變。1.2晶體的宏觀特性晶體的宏觀特性是由晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的決定的，是微觀特性的反應(yīng)。1.3晶體的微觀特征平移對(duì)稱(chēng)性：在晶體中，相隔一定距離，總有完全相同的原子排列出現(xiàn)。這種呈現(xiàn)周期性的整齊排列是單調(diào)的，不變的。也稱(chēng)為晶體的周期性。晶體結(jié)構(gòu)＝空間點(diǎn)陣＋基元1.4七大晶系的形成和轉(zhuǎn)化1.4七大晶系、十四種布拉菲格子1.三斜晶系:2.單斜晶系:3.三角晶系:簡(jiǎn)單三斜(1)簡(jiǎn)單單斜(2)底心單斜(3)三角(4)4.正交晶系:簡(jiǎn)單正交(5)，底心正交(6)體心正交(7)，面心正交(8)5.四方晶系:簡(jiǎn)單四角(9)，體心四角(10)6.六角晶系:六角(11)7.立方晶系:簡(jiǎn)立方(12)，體心立方(13)面心立方(14)1.5對(duì)稱(chēng)操作和對(duì)稱(chēng)元素能使對(duì)稱(chēng)圖形復(fù)原的動(dòng)作稱(chēng)為對(duì)稱(chēng)操作，例如，對(duì)稱(chēng)軸的旋轉(zhuǎn)，對(duì)稱(chēng)面的反映，對(duì)稱(chēng)中心點(diǎn)的反演（或倒反）等。進(jìn)行對(duì)稱(chēng)操作時(shí)，還必須依賴(lài)于一定的幾何元素，這些幾何元素在對(duì)稱(chēng)操作過(guò)程中保持不變，如對(duì)稱(chēng)中心、對(duì)稱(chēng)面、對(duì)稱(chēng)軸等，這些幾何元素又稱(chēng)為對(duì)稱(chēng)元素

晶體的八個(gè)基本對(duì)稱(chēng)元素晶體的對(duì)稱(chēng)性中有八種基本的對(duì)稱(chēng)操作：i，

m，1，2，3，4，6，

。中心反演晶面反映旋轉(zhuǎn)晶體的對(duì)稱(chēng)性中有八種基本的對(duì)稱(chēng)操作：i，

m，1，2，3，4，6，

。1.6點(diǎn)群晶體中，對(duì)稱(chēng)元素（或?qū)ΨQ(chēng)操作）可以同時(shí)存在集合叫做“對(duì)稱(chēng)群”。對(duì)稱(chēng)操作總是有一點(diǎn)保持不動(dòng)，不包括平移對(duì)稱(chēng)性的對(duì)稱(chēng)元素的集合叫做“點(diǎn)群”。八種基本對(duì)稱(chēng)元素共有32種組合方式，即32種點(diǎn)群。二、介電性質(zhì)2.1電介質(zhì)材料定義:

電介質(zhì)材料一般是在外電場(chǎng)作用下可以建立極化的一切物質(zhì)，一般電阻率大于1010Ω/cm，是相對(duì)于金屬材料和半導(dǎo)體材料而區(qū)分的。特點(diǎn):

內(nèi)部沒(méi)有自由移動(dòng)的電荷，只有束縛電荷，在電場(chǎng)作用下要產(chǎn)生極化或極化狀態(tài)改變，它以感應(yīng)的方式而不是以傳導(dǎo)的方式傳遞電的作用。常見(jiàn)的三種極化機(jī)制：1.電子位移極化2.離子位移極化3.固有偶極矩取向極化2.2電子位移極化在電場(chǎng)作用下，介質(zhì)中的原子或離子的正負(fù)電荷中心不重合產(chǎn)生感應(yīng)偶極矩，稱(chēng)為電子位移極化。PE電子云原子核2.3離子位移極化在電場(chǎng)作用下，正負(fù)離子產(chǎn)生相對(duì)位移而產(chǎn)生感應(yīng)偶極矩，稱(chēng)為離子位移極化。

EP2.4取向極化組成介質(zhì)的分子為有極分子，無(wú)外電場(chǎng)作用時(shí)，固有偶極矩?zé)o規(guī)則取向，偶極矩之和等于零。有外電場(chǎng)時(shí)，固有偶極矩將轉(zhuǎn)向并沿電場(chǎng)方向排列而產(chǎn)生凈偶極矩，稱(chēng)為取向極化。PH2O分子2.5介電性質(zhì)極化強(qiáng)度：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)的電偶極矩的矢量和。

單位：C/m2或μC/m2

σ=Pcosθ=Pn

σ：極化電荷面密度

Pn：極化強(qiáng)度在表面元的法線方向分量各向同性與各向異性電介質(zhì)的介電常數(shù)矩陣各向同性電介質(zhì)1個(gè)獨(dú)立的介電常數(shù)各向異性電介質(zhì)6個(gè)獨(dú)立的介電常數(shù)，2.6介電常數(shù)與對(duì)稱(chēng)性：4次旋轉(zhuǎn)軸Z軸是四次軸，即表示當(dāng)晶體繞Z軸轉(zhuǎn)90

、180或270后，晶體的性質(zhì)保持不變。2.7坐標(biāo)變換法原坐標(biāo)系：新坐標(biāo)系：具有對(duì)稱(chēng)性的意義：或：電場(chǎng)的變換：電位移的變換：仍以4點(diǎn)群為例說(shuō)明。變換矩陣為：具有對(duì)稱(chēng)性的意義：對(duì)稱(chēng)性要求4點(diǎn)群介電常數(shù)的形式2.8足標(biāo)代換法

還可以采用“足標(biāo)代換法”來(lái)確定晶體的獨(dú)立介電常數(shù)。設(shè)轉(zhuǎn)動(dòng)前，晶體的坐標(biāo)為o-xyz，繞z軸轉(zhuǎn)90

后，晶體的坐標(biāo)為o-x’y’z’。新舊坐標(biāo)軸之間的關(guān)系為：

x’

y，y’

-x，z’

z用（1、2、3）來(lái)代表（x、y、z）有：

1

2，2

-1，3

3于是有：11

22，22

11，33

33，12

-21，13

23，23

-13足標(biāo)代換法—4次軸z軸度旋轉(zhuǎn)軸：足標(biāo)變化：繞z軸旋轉(zhuǎn)90

后，x

y,y

-x,z

z,即12,2-1,33旋轉(zhuǎn)后性質(zhì)保持不變（對(duì)稱(chēng)性的要求）足標(biāo)代換法—局限性只適用于三個(gè)晶軸互相垂直的晶系：正交晶系，四方晶系和立方晶系。不能應(yīng)用于其它晶系：三斜晶系，單斜晶系，三角晶系，六角晶系。坐標(biāo)變換法可以應(yīng)用于確定任何晶系的獨(dú)立的介電常數(shù)的數(shù)目。2.9靜態(tài)介電常數(shù)與動(dòng)態(tài)介電常數(shù)在靜電場(chǎng)下測(cè)得的介電常數(shù)稱(chēng)為靜態(tài)介電常數(shù)。在交變電場(chǎng)下測(cè)得的介電常數(shù)稱(chēng)為動(dòng)態(tài)介電常數(shù)。動(dòng)態(tài)介電常數(shù)的大小與測(cè)量頻率有關(guān)。2.10極化弛豫極化弛豫：當(dāng)電介質(zhì)開(kāi)始受靜電場(chǎng)作用時(shí)，要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，極化強(qiáng)度才能達(dá)到相應(yīng)的數(shù)值的現(xiàn)象，所經(jīng)過(guò)的時(shí)間稱(chēng)為弛豫時(shí)間。電子位移極化弛豫時(shí)間約10-15s,離子位移極化的很短10-12s,取向極化的弛豫時(shí)間較長(zhǎng)1~10-10s，所以極化弛豫主要是取向極化造成的。當(dāng)電介質(zhì)受到交變電場(chǎng)的作用時(shí)，由于電場(chǎng)不斷在變化，所以電介質(zhì)中的極化強(qiáng)度也要跟著不斷變化，即極化強(qiáng)度和電位移均將隨時(shí)間作周期性的變化。2.11介電損耗如果交變電場(chǎng)的頻率足夠低，取向極化能跟得上外加電場(chǎng)的變化，這時(shí)電介質(zhì)的極化過(guò)程與靜電場(chǎng)作用下的極化過(guò)程沒(méi)有多大的區(qū)別。如果交變電場(chǎng)的頻率足夠高，電介質(zhì)中的極化強(qiáng)度就會(huì)跟不上外電場(chǎng)的變化而出現(xiàn)滯后，從而引起介電損耗。介電損耗，就是在某一頻率下供給介質(zhì)的電能，其中有一部分因強(qiáng)迫固有偶極矩的轉(zhuǎn)動(dòng)而使介質(zhì)變熱，即一部分電能以熱的形式而消耗。反映了微觀極化的弛豫過(guò)程。

三、鐵電性3.1鐵電體

鐵電體的定義：具有自發(fā)極化且自發(fā)極化矢量在外電場(chǎng)下可以翻轉(zhuǎn)的電介質(zhì)材料。鐵電體的特性：

1.電滯回線2.居里溫度

3.臨界特征在沒(méi)有外加電場(chǎng)作用下，正負(fù)電荷重心不重合而呈現(xiàn)電偶極矩的現(xiàn)象。3.2自發(fā)極化的產(chǎn)生結(jié)構(gòu)相變位移型鐵電體3.3電滯回線自發(fā)極化強(qiáng)度Ps剩余極化強(qiáng)度Pr矯頑電場(chǎng)Ec電滯回線電滯回線：極化強(qiáng)度與外電場(chǎng)之間表現(xiàn)為滯后關(guān)系，

是判斷材料是否具有鐵電性的重要依據(jù)。PE+EC+Pr-EC-PrPS+PS極化強(qiáng)度：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)的電偶極子，單位C/m2或μC/cm23.4居里溫度居里溫度：順電相到鐵電相的轉(zhuǎn)變溫度。順電相：居里溫度以上，不具有鐵電性的相。TCT3.5臨界特征臨界特征：鐵電體的介電、彈性、光學(xué)和熱學(xué)性質(zhì)等在居里溫度附近都要出現(xiàn)反?，F(xiàn)象。正常鐵電體弛豫鐵電體3.6鐵電疲勞Nature,401,682(1999)naturematerials,

3,365(2004)PZTBLT疲勞：在多次開(kāi)關(guān)（極化翻轉(zhuǎn)）后鐵電材料中的可翻轉(zhuǎn)疇減少、剩余極化強(qiáng)度Pr

下降的現(xiàn)象。3.8疇結(jié)構(gòu)鐵電晶體在沒(méi)有外電場(chǎng)和外力作用下從順電相過(guò)渡到鐵電相時(shí)，將出現(xiàn)至少兩個(gè)等價(jià)的自發(fā)極化方向，以便使晶體的總自由能最小。每一個(gè)極化方向相同的小區(qū)域稱(chēng)為鐵電疇，分離電疇的邊界稱(chēng)為疇壁。3.9疇結(jié)構(gòu)形成原因180o疇+Ps-PsPsPs90o疇形成180

疇有利于降低退極化能。形成90

疇有利于降低應(yīng)變能。3.10BaTiO3的電疇與對(duì)稱(chēng)性三方相（3m）T<-80℃沿<111>自發(fā)極化對(duì)稱(chēng)等效方向8個(gè),疇間夾角為71、109

和180

。立方相（m3m）T>120℃6個(gè)<100>方向四方相（4mm）0<T<120℃沿<100>自發(fā)極化對(duì)稱(chēng)等效方向6個(gè)180

疇和90

疇正交相（mm2）-80℃<T<0沿<110>自發(fā)極化對(duì)稱(chēng)等效方向12個(gè)疇間夾角為60

,90

120

和180

。3.11鐵電疇的觀察電疇結(jié)構(gòu)觀察方法：

光學(xué)技術(shù)腐蝕技術(shù)粉末沉淀法凝霧法液晶顯示技術(shù)…熱電技術(shù)X射線技術(shù)電子顯微鏡觀察高分辨透射電鏡電子全息術(shù)…DomainstructuresofCBNsinglecrystal(Darkfieldimages)C.J.Luetal.,Appl.Phys.Lett.88,201906(2006)疇結(jié)構(gòu)的觀察TEM—暗場(chǎng)像C.L.Jia

etal.,Nat.Mater.7,57(2008)HRTEMimageofPZTfilms疇結(jié)構(gòu)的觀察TEM—高分辨像原位觀察鐵電體中疇結(jié)構(gòu)隨溫度的變化規(guī)律002gHKHKEE220oC240oC258oC196oC

282–386

C20oCHeatingcoolingC.J.Luetal.,Appl.Phys.Lett.88,201906(2006)疇結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)觀察TEM—原位觀察疇結(jié)構(gòu)的觀察—壓電力顯微鏡（PFM）BTOBTOBTOShinichiKatayama,etal.,Adv.Mater.,19,2552(2007)疇結(jié)構(gòu)的觀察—光學(xué)顯微鏡200um50um(a)(b)a(b)b(a)a(b)b(a)(a)BTsinglecrystal(a)BNdTsinglecrystal鐵電疇的極化反轉(zhuǎn)極化反轉(zhuǎn)過(guò)程主要由下列幾個(gè)階段組成：EE新疇成核縱向生長(zhǎng)橫向生長(zhǎng)合并四、彈性性質(zhì)壓電鐵電晶體是電介質(zhì)，具有介電性質(zhì)；壓電鐵電晶體是彈性介質(zhì)，具有彈性性質(zhì)，壓電效應(yīng)反映了它的介電性質(zhì)和彈性性質(zhì)之間的耦合作用。壓電效應(yīng)與介電、彈性性質(zhì)的關(guān)系4.1塑性和彈性塑性：外力撤消后，物體不能恢復(fù)原狀。彈性：外力撤消后，物體能恢復(fù)原狀。內(nèi)力：物體由于外因(受力、濕度、溫度)而變形時(shí)，在物體內(nèi)各部分之間產(chǎn)生相互作用的內(nèi)力，以抵抗這種外因的作用，并力圖使物體從變形后的位置回復(fù)到變形前的位置。應(yīng)力：受力物體截面上內(nèi)力的集度，單位面積上的內(nèi)力。外力外力內(nèi)力4.2正應(yīng)力與切應(yīng)力正應(yīng)力：施力方向垂直于受力面為正應(yīng)力。切應(yīng)力：施力方向與受力面積平行為切應(yīng)力或剪應(yīng)力。靜應(yīng)力：材料所受的外力不隨時(shí)間而變化，其內(nèi)部的應(yīng)力大小不變。交變應(yīng)力：材料所受的外力隨時(shí)間呈周期性變化，這時(shí)內(nèi)部的應(yīng)力也隨時(shí)間呈周期性變化。正應(yīng)力正應(yīng)力切應(yīng)力切應(yīng)力面積與力都是矢量正應(yīng)力（3個(gè)）xzyσxxσzzσyy張應(yīng)力壓應(yīng)力第一個(gè)下標(biāo)：面；第二個(gè)下標(biāo)：力切應(yīng)力（6個(gè)）yxzτzy=τyzτxz

=τzxτxy

=τyx應(yīng)力張量為了方便記憶與描述：角標(biāo)σxx

σyyσzzσyz=σzyσxz=σzxσxy=σyx

雙腳標(biāo)σ11

σ22

σ33

σ23σ31σ12單角標(biāo)T1T2T3T4T5T6(6個(gè)獨(dú)立分量)應(yīng)力張量—矩陣表達(dá)形式4.4應(yīng)變形變：在外力作用下，物體的大小和形狀發(fā)生變化。應(yīng)變：物體內(nèi)任一點(diǎn)因各種作用引起的相對(duì)變形。及變形前后的改變量與原物理量之比。又可分為線應(yīng)變和切應(yīng)變。

應(yīng)力與應(yīng)變正應(yīng)力正應(yīng)變切應(yīng)力切應(yīng)變正應(yīng)變S

=x/lxFF切應(yīng)變S

=γlx

應(yīng)變表達(dá)形式應(yīng)變張量為了方便記憶與描述：角標(biāo)Sxx

SyySzzSyz=SzySxz=SzxSxy=Syx

雙腳標(biāo)S11

S22

S33

S23S31S12單角標(biāo)S1S2S3S4S5S66個(gè)獨(dú)立分量應(yīng)變張量—矩陣表達(dá)形式應(yīng)力應(yīng)變曲線

So屈服點(diǎn)應(yīng)變硬化破壞彈性形變胡克定律:在彈性限度內(nèi),

S,即/S=E，E

為楊氏模量或彈性模量，是常量,與材料有關(guān)。同理，在彈性限度內(nèi),

/

=G為剪切模量或剛性模量塑性形變※4.5胡克定律(1)----彈性柔順常數(shù)彈性柔順常數(shù)是一個(gè)四級(jí)張量，共有36個(gè)，獨(dú)立的彈性剛度常數(shù)共21個(gè)。Ti：應(yīng)力Sj：應(yīng)變sij：彈性柔順常數(shù)彈性柔順常數(shù)的物理意義:s11=(

S1/

T1)Tk：沿x方向的伸縮應(yīng)力T1的改變引起x方向伸縮應(yīng)變S1的改變與伸縮應(yīng)力T1的改變的比。伸縮應(yīng)力與伸縮應(yīng)變有關(guān)的彈性柔順常數(shù)。s44=(

S4/

T4)Tk：x面上的切應(yīng)力T4的改變引起x面上切應(yīng)變S4的改變與切應(yīng)力T4的改變之比。切應(yīng)力與切應(yīng)變有關(guān)的彈性柔順常數(shù)。4.6胡克定律(2)----彈性剛度常數(shù)彈性剛度常數(shù)是一個(gè)四級(jí)張量，共有36個(gè)，獨(dú)立的彈性剛度常數(shù)共21個(gè)。Ti：應(yīng)力Sj：應(yīng)變cij：彈性剛度常數(shù)實(shí)驗(yàn)上常采用楊氏模量Y，泊松比

及切變模量G來(lái)代替彈性柔順常數(shù)s11、s12、s44。它們之間的關(guān)系為：Yangsmodulus:Poissionratio:Shearmodulus:五、壓電效應(yīng)及應(yīng)用正壓電效應(yīng)：某些電介質(zhì)受到外力作用而發(fā)生形變，在它的某些表面出現(xiàn)與外力成線性比例的電荷積累。當(dāng)外力去掉后，又重新恢復(fù)不帶電狀態(tài)的現(xiàn)象。逆壓電效應(yīng)：當(dāng)電介質(zhì)受到電場(chǎng)E作用時(shí)，電介質(zhì)在某一方向上產(chǎn)生與電場(chǎng)強(qiáng)度E成線性關(guān)系的機(jī)械形變，當(dāng)外加電場(chǎng)撤去時(shí)，這些變形也隨之消失的現(xiàn)象。逆壓電效應(yīng)電能機(jī)械能正壓電效應(yīng)5.1

壓電效應(yīng)5.2壓電換能器原理：利用壓電材料的正逆壓電效應(yīng)將機(jī)械能和電能進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換。優(yōu)點(diǎn)：轉(zhuǎn)換效率高，接收靈敏度高，潔凈無(wú)污染。應(yīng)用：超聲清洗，能量回收……

日本：地鐵發(fā)電地板，每天回收1400千瓦時(shí)電能。英國(guó)：舞池壓電地板，回收60%的電能。以色列：發(fā)電馬路，每公里每小時(shí)產(chǎn)生~400千瓦時(shí)電能。5.3壓電驅(qū)動(dòng)器--------超聲電機(jī)應(yīng)用原理：利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)和超聲振動(dòng)來(lái)獲得其運(yùn)動(dòng)和力矩。性能特點(diǎn)重量輕、體積小、定位精確（納米級(jí)別）、響應(yīng)速度快、無(wú)噪音、穩(wěn)定性好、不受磁場(chǎng)干擾。應(yīng)用領(lǐng)域光學(xué)儀器、汽車(chē)、航空航天、工業(yè)控制、醫(yī)療器械、民用產(chǎn)品等5.4超聲成像壓電材料超聲成像:利用超聲波進(jìn)入人體或材料后，在不同組織分界處形成的反射回波，而進(jìn)行成像處理的技術(shù)。超聲換能器:既是超聲波發(fā)射器又是回波接收器，它是超聲成像系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的聲學(xué)部件，是獲得高質(zhì)量圖像的保證。優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高，成像清晰。應(yīng)用：醫(yī)學(xué)病情診斷，工業(yè)無(wú)損探傷1.壓電變壓器

2.壓電傳感器

3.超聲霧化器其他壓電器件FxXY++++－－－－Fx+++---P1P2P3FX++++－－－－X5.5壓電效應(yīng)產(chǎn)生機(jī)理(1)：非鐵電性壓電晶體—SiO2Y+++---XP1P2P3壓力正壓電效應(yīng)—定性分析(P1+P2+P3)X>0有壓電性(P1+P2+P3)Y=0無(wú)壓電性(P1+P2+P3)Z=0無(wú)壓電性各向異性X方向受力時(shí)：5.6壓電效應(yīng)產(chǎn)生機(jī)理(2)：鐵電性壓電晶體—BaTiO3束縛電荷在電極面上吸附了一層大小相等符號(hào)相反的外界自由電荷，以屏蔽和抵消陶瓷片內(nèi)極化強(qiáng)度對(duì)外界的作用。1.極化前，∑P=02.極化后，∑P≠0E鐵電疇P------+++++++------+++++++自由電荷束縛電荷自由電荷束縛電荷------++++++-

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-+++++++FF3.壓應(yīng)力，∑ΔP≠05.7壓電效應(yīng)與對(duì)稱(chēng)中心晶體的任何形變也不能改變這個(gè)中心對(duì)稱(chēng)性質(zhì)。所以,具有對(duì)稱(chēng)中心的晶體是非壓電晶體。七大晶系32類(lèi)點(diǎn)群中有21類(lèi)不存在對(duì)稱(chēng)中心，其中的20類(lèi)無(wú)中心對(duì)稱(chēng)的晶體已發(fā)現(xiàn)具有壓電效應(yīng)。

FFFFFFZxy5.8對(duì)稱(chēng)面

設(shè)x面為對(duì)稱(chēng)面，則當(dāng)晶體的坐標(biāo)由x

-x、y

y、z

z時(shí)，晶體的性質(zhì)應(yīng)保持不變。垂直于對(duì)稱(chēng)面的方向上電偶極矩的和等于零。在平行于對(duì)稱(chēng)面方向上可以存在不等于零的電偶極矩。5.9四次軸

設(shè)z軸為4次軸，根據(jù)四次軸的對(duì)稱(chēng)性要求，晶體經(jīng)過(guò)90

、180

、270

轉(zhuǎn)動(dòng)后，晶體的性質(zhì)保持不變。zyxOP-P-PP在垂直于z軸的x、y方向的電偶極矩等于零。在平行于z軸方向上，可以存在不等于零的電偶極矩。

5.10壓電常數(shù)xzT3(P1)T2T1T4T6T5(P3)(P2)(3)(2)Pij=dijTj

i=1、2、3j=1、2、3、4、5、6y(1)i(i=1,2,3):表示晶體的極化方向，即在i面上產(chǎn)生電荷。1、2、3分別表示垂直于x、y、z軸的晶片表面j(j=1,2,3,4,5,6):1，2，3表示沿x,y,z方向作用的單向應(yīng)力；4，5，6表示在yz,zx,xy平面上承受的剪切應(yīng)力壓電常數(shù)模型d33縱向壓電常數(shù)d31橫向壓電常數(shù)壓電常數(shù)矩陣dij為壓電常數(shù)，足標(biāo)中第一個(gè)數(shù)字i指電場(chǎng)方向或電極面的垂直方向，第二個(gè)數(shù)字j指應(yīng)力或應(yīng)變方向；Tj為應(yīng)力；Di為電位移。5.11機(jī)電耦合系數(shù)K機(jī)電耦合系數(shù)K：在壓電效應(yīng)中，轉(zhuǎn)換輸出的能量(如電能)與輸入的能量(如機(jī)械能)之比的平方根。它是從能量角度衡量壓電材料機(jī)電耦合能量轉(zhuǎn)換效率的重要參數(shù)。或fs

諧振頻率fp

反諧振頻率5.12機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Qm

壓電陶瓷在振動(dòng)時(shí)，為了克服內(nèi)摩擦需要消耗能量。機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Qm是反映能量消耗大小的一個(gè)參數(shù)。Qm越大，能量消耗越小。機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Qm的定義式是：fs為壓電振子的諧振頻率,

fp為壓電振子的反諧振頻率C0為壓電振子的靜電容,C1為壓電振子的諧振電容R為諧振頻率時(shí)的最小阻抗Zmin（諧振電阻）1、彈性常數(shù)sij壓電材料的彈性常數(shù)和剛度決定著壓電器件的固有頻率和動(dòng)態(tài)特性。sij，cij2、介電常數(shù)εij對(duì)于一定形狀、尺寸的壓電器件，其固有電容與介電常數(shù)有關(guān)，而固有電容又影響著壓電傳感器的頻率下限。ε33、ε

313、絕緣電阻R壓電材料的絕緣電阻可減少電荷泄露，改善傳感器低頻特性。4、居里點(diǎn)Tc壓電材料開(kāi)始喪失壓電特性的溫度。5.13其他重要的概念六、熱釋電性質(zhì)熱釋電效應(yīng)熱釋電效應(yīng)：極化強(qiáng)度隨溫度改變而表現(xiàn)出的電荷釋放現(xiàn)象，宏觀上是溫度的改變使材料的兩端出現(xiàn)電壓或產(chǎn)生電流。熱釋電效應(yīng)形成原理懸浮電荷熱平衡條件下熱能溫度變化造成極化T+?T(K)溫度變化熱釋電效應(yīng)產(chǎn)生機(jī)理1.極化強(qiáng)度的排列使靠近極化矢量?jī)啥说谋砻娓浇霈F(xiàn)束縛電荷。在熱平衡狀態(tài)下，這些束縛電荷被等量反號(hào)的自由電荷所屏蔽，所以對(duì)外不顯示電性。2.當(dāng)溫度改變時(shí)，極化強(qiáng)度發(fā)生變化，原先的自由電荷不能再完全屏蔽束縛電荷，于是表面出現(xiàn)自由電荷，他們?cè)诟浇臻g形成電場(chǎng)，對(duì)帶電微粒有吸引或者排斥作用。通過(guò)與外電路連接，則可在電路中觀測(cè)到電流。升溫和降溫兩種情況下電流的方向相反紅外傳感器的工作原理任何發(fā)熱體都會(huì)產(chǎn)生紅外線

。輻射的紅外線波長(zhǎng)跟物體溫度有關(guān)。表面溫度越高,輻射能量越強(qiáng)。最大波長(zhǎng)和溫度的關(guān)系滿(mǎn)足維恩位移定律：λm*T=2989(μm·k)人體的正常體溫為36~37.5oC，其輻射的最強(qiáng)的紅外線的波長(zhǎng)為9.67~9.64μm，中心波長(zhǎng)為9.65μm。熱釋電材料的應(yīng)用----紅外測(cè)溫儀儀器探溫人體探溫工業(yè)高溫探測(cè)紅外測(cè)溫儀紅外測(cè)溫儀的優(yōu)點(diǎn)非接觸紅外測(cè)溫儀接觸類(lèi)測(cè)溫儀1.非接觸測(cè)溫對(duì)物體無(wú)影響1．接觸測(cè)溫對(duì)被測(cè)物溫度場(chǎng)有影響2.檢測(cè)物體表面溫度2．不適合測(cè)瞬態(tài)溫度3.反應(yīng)速度快,可測(cè)運(yùn)動(dòng)中的物體和瞬態(tài)溫度3．不便于測(cè)運(yùn)動(dòng)中的物體4.測(cè)量范圍寬4．測(cè)量范圍不夠?qū)?，且耗?.測(cè)量精度高,分辨率小5．不適合測(cè)量有毒、高壓等危險(xiǎn)場(chǎng)合6.可對(duì)小面積測(cè)溫

7.可同時(shí)對(duì)點(diǎn),線,面測(cè)溫?8.可測(cè)絕對(duì)溫度,也可測(cè)相對(duì)溫度熱釋電材料的應(yīng)用----夜視因?yàn)槿梭w、各種動(dòng)物以及發(fā)動(dòng)機(jī)等都是熱源，都會(huì)輻射產(chǎn)生紅外線，這時(shí)你坐在夜視儀前，就會(huì)通過(guò)屏幕清楚地觀測(cè)到遠(yuǎn)處的物體，甚至可以分辨人、動(dòng)物及汽車(chē)、坦克的形狀。如果給戰(zhàn)士們配置了這種黑夜“千里眼”，并裝備上激光測(cè)距儀，他們就會(huì)百發(fā)百中，彈無(wú)虛發(fā)。夜視技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)成了部隊(duì)現(xiàn)代化裝備的重要技術(shù)之一。在伸手不見(jiàn)五指的黑夜，埋伏在叢林中的敵人、遠(yuǎn)處的汽車(chē)、坦克等，以前是很難被發(fā)現(xiàn)的?，F(xiàn)在有了紅外夜視儀，情況就不同了。熱釋電材料的應(yīng)用----醫(yī)學(xué)及工業(yè)診斷醫(yī)學(xué)診斷因?yàn)槿梭w發(fā)炎的部位會(huì)輻射出更多的紅外線，利用紅外熱像儀可以幫助醫(yī)生確定病灶的位置及形狀。在醫(yī)院中幫助醫(yī)生診斷疾病。工業(yè)診斷飛馳的火車(chē)如果某一個(gè)車(chē)輪發(fā)生故障，也會(huì)產(chǎn)生高溫。用熱釋電晶體制作的紅外遙感測(cè)溫儀可以在火車(chē)行駛