
【電】 antiferroelectri-materials
反鐵電物質(Antiferroelectric Materials)是指一類具有特殊電極化行為的電介質材料。其核心特征在于晶體内部相鄰的偶極子(電偶極矩)自發地呈現反平行排列,導緻宏觀上淨極化強度為零(即不顯示自發極化),但在外加電場作用下可誘導出鐵電相變。以下是詳細解釋:
結構特征
反鐵電物質的晶格由兩種亞晶格構成,相鄰亞晶格上的偶極子方向相反、大小相等,相互抵消,因此整體無淨極化。例如,典型的反鐵電體如PbZrO₃(锆酸鉛)在室溫下即呈現此結構。
電場響應行為
當施加足夠強的外電場時,反鐵電體會發生可逆的相變:反平行偶極子被迫轉向平行排列,轉變為鐵電相(極化強度突增),形成雙電滞回線(Double Hysteresis Loop)。撤去電場後恢複反鐵電态。
特性 | 反鐵電物質 | 鐵電物質 |
---|---|---|
自發極化 | 宏觀為零(偶極子反平行) | 存在淨自發極化 |
電滞回線 | 雙回線(相變特征) | 單回線(極化反轉) |
典型材料 | PbZrO₃、NH₄H₂PO₄ | BaTiO₃、LiNbO₃ |
反鐵電性源于晶體中亞晶格間的耦合作用:
高能密度電容器
利用雙電滞回線的陡峭極化變化,實現快速充放電和高能量密度(如脈沖功率系統)[參考:美國能源部報告]。
電緻伸縮器件
相變過程中的晶格應變可用于精密位移控制(掃描顯微鏡探針)。
負電容晶體管
反鐵電體作為栅介質可突破傳統晶體管的功耗極限(研究熱點)[參考:IEEE Electron Device Letters]。
此解釋綜合凝聚态物理學定義與工程應用視角,符合漢英對照的學術表述規範。
反鐵電物質是指具有反鐵電性(anti-ferroelectricity)的特殊材料,其核心特征在于相鄰晶胞的自發極化方向呈現反平行排列,形成獨特的電偶極子結構。以下是詳細解釋:
反鐵電體在晶體結構中,相鄰晶胞的極化方向相反,形成子晶格結構。例如,铌酸鈉反鐵電陶瓷中,铌離子層沿相反方向自發極化()。這種排列方式使晶胞體積增大一倍,區别于鐵電體的同向極化()。
在特定溫度或電場條件下,反鐵電體可發生相變。例如,铌酸鈉反鐵電陶瓷在-100~360℃範圍内呈現反鐵電相()。當外加電場超過阈值時,反鐵電相可轉變為鐵電相,伴隨雙電滞回線現象,具有高儲能密度()。
鐵電體所有晶胞極化方向一緻,而反鐵電體相鄰晶胞極化方向相反,導緻宏觀極化強度接近零()。兩者的差異也體現在電滞回線形态和儲能效率上()。
注意:提到的“反鐵”指反物質鐵,與反鐵電物質無關,需避免混淆。
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