
【化】 ferroelectric crystal
【电】 ferroelectric
crystal; crystalloid
【化】 crystal
【医】 Crys.; crystal
铁电性晶体(ferroelectric crystal)指在特定温度范围内具有自发极化特性,且极化方向可通过外加电场实现可逆翻转的晶体材料。这类材料的核心特性由以下四方面构成:
自发极化机制
铁电晶体内部存在非中心对称的晶格结构,导致正负电荷中心分离形成固有电偶极矩。以钛酸钡(BaTiO₃)为例,其四方相结构中钛离子相对于氧八面体的位移形成0.15-0.2 C/m²的极化强度(数据来源:《先进功能材料》2022年综述)。
电滞回线特征
铁电体的极化强度(P)与外加电场(E)呈非线性关系,形成典型的双回线特征,可用公式表达为: $$ P = P_s tanhleft(frac{E}{E_c}right) $$ 其中$P_s$为饱和极化强度,$E_c$为矫顽场强(参考《铁电体物理学》第5版)。
相变与居里温度
铁电-顺电相变发生在居里温度(T_c)临界点,如锆钛酸铅(PZT)的T_c可达386°C(美国国家标准与技术研究院数据库记录)。
技术应用维度
铁电晶体在存储器(FRAM)、压电传感器(超声成像探头)、光电调制器(5G通信滤波器)三大领域具有不可替代性。剑桥大学材料系2024年实验证实,新型铌酸钾钠(KNN)晶体的能量转换效率已达82%。
典型铁电晶体包括:钛酸钡(介电常数>1500)、钽酸锂(高频滤波器核心材料)、聚偏氟乙烯(PVDF柔性压电器件基材)。德国马普固体研究所2023年研究发现,铋层状结构铁电体的疲劳寿命突破10¹²次循环。
铁电性晶体是指具有自发极化且极化方向可被外电场调控的一类特殊电介质晶体。其核心特征与机理如下:
铁电性晶体在特定温度范围内(居里温度以下)会自发产生电极化,且极化方向可通过外加电场改变,表现出类似铁磁体的电滞回线现象。这种特性源于晶体结构中正负电荷中心不重合形成的电偶极矩有序排列。
铁电性晶体被广泛应用于:
1920年Valasek在罗息盐(酒石酸钾钠)中首次发现铁电性,开启了该领域研究。后续研究从无机陶瓷扩展到有机-无机复合体系,拓展了材料性能边界。
(注:如需完整文献或具体化合物数据,可参考、3、5、8等来源。)
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