一.铁电体1.线性介质与非线性介质1）线性介质：有外电场时，介质的极化强度与宏观电场E成正比，这类介质又叫线性介质。极化是介质在外加电场中的性质。没有外加电场时，介质的极化强度等于零。2）非线性介质：极化强度和外施电压的关系是非线性的介质，叫非线性介质。铁电体就是一种典型的非线性介质。在铁电体中存在的极化机构—自发极化。2.产生铁电性的原因—自发极化1）自发极化：自发极化的极化状态并非由外电场所造成，而是由晶体的内部结构特点造成的，晶体中每一个晶胞里存在固有电耦极矩，这类晶体通常称为极性晶体。2)自发极化强度铁电晶体晶胞中的电偶极矩是电介质在转变为铁电体时自发出现的，虽有若干种可能取向，但其数值为一定。这个数值除以晶胞的体积所得到的商称为自发极化强度PS。3)铁电体：铁电体是在一定温度范围内含有能自发极化，并且发极化方向可随外电场作可逆转动的晶体。当铁电体的晶胞自发极化而出现电矩时，相邻晶胞的电矩可以同向排列形成电畴，并出现铁电性；也可以相间反向排列而成为反铁电性。铁电晶体一定是极性晶体，但并非所有的极性晶体都是铁电体。只有某些特殊的晶体结构，在自发极化改变方向时，晶体构造不发生大的畸变，才能产生以上的反向转动。铁电体就具有这些特殊的晶体结构。铁电体晶体中并不含有铁。3.铁电晶体的种类1）有序-无序铁电体其自发极化同个别离子的有序化相联系。典型的有序-无序型铁电体是含有氢键的晶体。这类晶体中质子的有序运动与铁电性相联系，例如KH2PO4就是如此。2）位移型铁电体自发极化同一类离子的亚点阵相对于另一类亚点阵的整体位移相联系。位移型铁电体的结构大多同钙钛矿结构及钛铁矿结构紧密相关。钛酸钡是典型的钙钛矿型的铁电体。BaTiO4＞120℃，立方结构，晶体无铁电性；BaTiO4＜120℃，晶体结构产生畸变，为四方结构，有铁电性，通常将这种温度称为居里温度或居里点。BaTiO4相对介电常数与温度的关系574.电畴的形成及其运动的微观机理（1）电畴的形成以BaTiO3为例。离子位移理论，认为自发极化主要是由晶体中某些离子偏离了平衡位置造成的。由于离子偏离了平衡位置，使得单位晶胞中出现了电矩。电矩之间的相互作用使偏离平衡位置的离子在新的位置上稳定下来，与此同时晶体结构发生了畸变。图6.29正方结构BaTiO4中钛、氧离子位移情况图6.29正方结构BaTiO4中钛、氧离子位移情况（2）电畴“转向”（电畴运动）铁电畴在外电场作用下，总是要趋向于与外电场方向一致。这形象地称作电畴“转向”。①电畴运动的实现方式是通过在外电场作用下新畴的出现、发展以及畴壁的移动来实现的。②180°畴的“转向”在电场作用下，180°畴的“转向”是通过许多尖劈形新畴的出现、发展而实现的。尖劈形新畴迅速沿前端向前发展。④180°畴与90°电畴的转向的比较：一般在外电场作用下(人工极化)，180°畴：转向比较充分，同时由于“转向”时结构畸变小，内应力小，因而这种转向比较稳定。90°畴：转向是不充分（例如BaTiO3陶瓷，90°畴只有13％转向），转向时引起较大内应力，所以这种转向不稳定。当外加电场撤去后，则有小部分电畴偏离极化方向，恢复原位，大部分电畴则停留在新转向的极化方向上，这叫剩余极化。(二)铁电体的晶体极化与电场的关系——电滞回线（2）自发极化强度Ps极化强度达到饱和后，再增加电场，P与E成线性关系，将这线性部分外推至E=0时的情况，此时在纵轴P上的截距称为饱和极化强度或自发极化强度Ps。（3）剩余极化强度如果电场自图中C处开始降低，晶体的极化强度亦随之减小。在零电场处，仍存在剩余极化强度Pr。这是因为电场减低时，部分电畴由于晶体内应力的作用偏离了极化方向。但当E=0时，大部分电畴仍停留在极化方向，因而宏观上还有剩余极化强度。（4）矫顽电场强度当电场反向达到-Ec时，剩余极化全部消失。反向电场继续增大，极化强度才开始反向。Ec常称为矫顽电场强度。(三)居里-外斯定律在自发极化出现前的非极性晶体称为顺电性晶体。顺电性晶体与铁电性晶体的转变温度称为铁电居里点TC。当T>TC时，铁电相转变为顺电相，电滞回线消失，这时P与E一般有线性关系P=ε0χE，并且介电常数服从居里-外斯定律图6.33双电滞回线三、铁电体的性能及其应用1.电滞回线判定铁电体的依据是电滞回线。电滞回线由介电实验得出。根据前述分析，它是材料内部电畴运动的宏观表现。铁电材料在外加交变电场作用下都能形成电滞回线，然而不同材料和不同工艺条件对电滞回线的形状都有很大的影响，因而应用也各不相同，所以掌握电滞回线及其影响因素，对研究铁电材料的特性是十分重要的。1)温度对电滞回线的影响铁电畴在外电场作用下的“转向”，使得陶瓷材