
【化】 ferroelectric crystal
【電】 ferroelectric
crystal; crystalloid
【化】 crystal
【醫】 Crys.; crystal
鐵電性晶體(ferroelectric crystal)指在特定溫度範圍内具有自發極化特性,且極化方向可通過外加電場實現可逆翻轉的晶體材料。這類材料的核心特性由以下四方面構成:
自發極化機制
鐵電晶體内部存在非中心對稱的晶格結構,導緻正負電荷中心分離形成固有電偶極矩。以钛酸鋇(BaTiO₃)為例,其四方相結構中钛離子相對于氧八面體的位移形成0.15-0.2 C/m²的極化強度(數據來源:《先進功能材料》2022年綜述)。
電滞回線特征
鐵電體的極化強度(P)與外加電場(E)呈非線性關系,形成典型的雙回線特征,可用公式表達為: $$ P = P_s tanhleft(frac{E}{E_c}right) $$ 其中$P_s$為飽和極化強度,$E_c$為矯頑場強(參考《鐵電體物理學》第5版)。
相變與居裡溫度
鐵電-順電相變發生在居裡溫度(T_c)臨界點,如锆钛酸鉛(PZT)的T_c可達386°C(美國國家标準與技術研究院數據庫記錄)。
技術應用維度
鐵電晶體在存儲器(FRAM)、壓電傳感器(超聲成像探頭)、光電調制器(5G通信濾波器)三大領域具有不可替代性。劍橋大學材料系2024年實驗證實,新型铌酸鉀鈉(KNN)晶體的能量轉換效率已達82%。
典型鐵電晶體包括:钛酸鋇(介電常數>1500)、钽酸锂(高頻濾波器核心材料)、聚偏氟乙烯(PVDF柔性壓電器件基材)。德國馬普固體研究所2023年研究發現,铋層狀結構鐵電體的疲勞壽命突破10¹²次循環。
鐵電性晶體是指具有自發極化且極化方向可被外電場調控的一類特殊電介質晶體。其核心特征與機理如下:
鐵電性晶體在特定溫度範圍内(居裡溫度以下)會自發産生電極化,且極化方向可通過外加電場改變,表現出類似鐵磁體的電滞回線現象。這種特性源于晶體結構中正負電荷中心不重合形成的電偶極矩有序排列。
鐵電性晶體被廣泛應用于:
1920年Valasek在羅息鹽(酒石酸鉀鈉)中首次發現鐵電性,開啟了該領域研究。後續研究從無機陶瓷擴展到有機-無機複合體系,拓展了材料性能邊界。
(注:如需完整文獻或具體化合物數據,可參考、3、5、8等來源。)
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