
【电】 ferroelectric
铁电(Ferroelectric)是材料科学中的重要概念,指晶体材料在特定温度下具有自发极化特性,且极化方向可通过外部电场反转的现象。以下从物理特性、应用领域及学术定义三方面展开解释:
物理特性与定义
铁电材料的核心特征为自发极化 和电滞回线(Hysteresis Loop)。其极化强度与电场呈非线性关系,形成闭合回线,区别于普通介电材料。铁电性仅在低于居里温度(Curie Temperature)时存在,此时晶体结构呈现非中心对称性,例如钙钛矿结构的钛酸钡(BaTiO₃)。该特性由J. Valasek于1921年首次在罗谢尔盐中发现,奠定了现代铁电理论的基础。
主要应用领域
学术定义延伸
国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)将铁电性定义为“存在双稳态极化状态,且可通过电场切换”的材料行为。该定义排除了仅具有极性结构的 pyroelectrics(热电材料),强调可逆极化特性。常见铁电材料还包括锆钛酸铅(PZT)和聚偏氟乙烯(PVDF)等。
参考文献
铁电(Ferroelectricity)是描述某些材料在特定条件下具有自发极化且极化方向可被外电场调控的物理现象。以下从定义、特性、分类及应用等方面进行详细解释:
自发极化
铁电材料在无外电场时,其晶体内部的正负电荷重心不重合,形成稳定的电偶极矩排列,产生宏观极化现象。这一特性与普通电介质需依赖外电场维持极化不同。
电滞回线
极化强度(P)与外电场(E)的关系呈现闭合回线,称为电滞回线,是铁电材料的标志性特征。其关键参数包括:
居里温度
当温度超过临界值(居里点),铁电材料会转变为顺电相,自发极化消失。
电畴结构
铁电体由多个电畴(极化方向一致的小区域)组成,相邻电畴的极化方向不同。外电场可使电畴重新定向,实现整体极化反转。
主要类型
根据晶体结构可分为两类:
电子器件
光学与能源
铁电现象源于材料晶体结构的特殊对称性破缺,其独特极化特性在信息存储、传感等领域有重要应用。典型材料包括钛酸钡、磷酸二氢钾等,研究需重点关注居里温度、电畴动力学等参数。
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