
【电】 ferroelectric material; ferroelectric materials
铁电材料(Ferroelectric Materials)是指具有自发极化特性,且极化方向可随外加电场方向反转的一类特殊电介质材料。其名称中的“铁电”源于与铁磁材料(极化方向可被磁场反转)的类比,而非字面含铁元素。以下是详细解释:
自发极化(Spontaneous Polarization)
铁电材料内部存在电偶极矩自发有序排列形成的极化状态,无需外加电场即可产生电极化现象。这种极化源于晶体结构的非中心对称性(如钙钛矿结构的畸变)。
中文对照:自发极化 → Spontaneous Polarization
电滞回线(Ferroelectric Hysteresis Loop)
极化强度(P)与外加电场(E)的关系呈现滞后回线,是铁电材料的标志性特征。当电场归零时,材料仍保留剩余极化(Remanent Polarization, Pr),反转极化需克服矫顽电场(Coercive Field, Ec)。
中文对照:电滞回线 → Hysteresis Loop;剩余极化 → Remanent Polarization
居里温度(Curie Temperature, Tc)
当温度高于居里点时,铁电材料转变为顺电相(Paraelectric Phase),自发极化消失,晶体结构发生相变。
中文对照:居里温度 → Curie Temperature;顺电相 → Paraelectric Phase
常见材料体系
关键技术应用
国际标准定义
根据IEEE标准(IEEE Std 1800-2012),铁电性被描述为:“某些晶体材料表现出的可反转自发电极化特性”。
来源:IEEE Xplore Digital Library
材料科学释义
美国国家标准与技术研究院(NIST)指出:铁电材料的极化反转行为使其成为高密度存储器和微波器件的核心材料。
来源:NIST Materials Genome Initiative
物理机制阐释
剑桥大学材料系强调:铁电性源于晶格中离子位移导致的永久电偶极矩,其反转过程涉及原子尺度的势垒跨越。
来源:University of Cambridge, Department of Materials Science
中文术语 | 英文术语 |
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铁电畴 | Ferroelectric Domain |
畴壁 | Domain Wall |
热电效应 | Pyroelectric Effect |
压电效应 | Piezoelectric Effect |
介电常数 | Dielectric Constant |
注:铁电材料需同时具备热电性(极性晶体)和可反转极化特性 。
铁电材料是一类具有自发极化特性且极化方向可通过外加电场反转的功能材料。以下从定义、特性、分类和应用等方面进行详细解释:
铁电材料的核心特征是自发极化和极化方向可逆性。其晶体结构在不加外电场时即存在电荷分离形成的偶极矩(自发极化),且这种极化方向能通过外电场翻转。这一现象被称为“铁电效应”,因与铁磁材料的磁滞回线相似而得名。
根据晶体结构可分为两类:
传统钙钛矿材料因尺寸限制难以满足高集成度需求,氧化铪基铁电材料(如HfO₂)因与CMOS工艺兼容且可微缩至纳米级别,成为后摩尔时代存储技术的研究热点。
注:铁电材料的详细参数(如居里温度、矫顽场强度)需根据具体化合物确定,典型材料如钛酸钡的居里点约120℃。
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