铁电体的定义

铁电体的分类(一、按结晶化学分类 二、按铁电体顺电相有无压电性分类 三、根据铁电体极性轴的数目分类 四、按铁电体的力学性质和热学性质分类 五、按相转变的微观机制分类 六、按居里-外斯常数的大小分类)

铁电体的相变

1655年，法国 La Rochelle 地方的药剂师 Pierre de la Seignette 最早制造出了酒石酸钾钠，这种晶体后来被称作为 RS（罗息）盐。1920年 Valasek 发现 RS 晶体在外电场E的作用下，其极化强度 P 有如图1所示的滞后回线关系，表现出特殊的非线性介电行为；RS 的这种特性当时被称为 Seignette 电性。由于当时人们已熟知铁磁体的磁滞回线，图1的 P(E) 关系曲线和铁磁体的 B(H) 关系曲线很相似，故被称为电滞回线。于是，和磁性现象的类比，把 Seignette 电性称为铁电性，而具有铁电性的物体被称为 Seignette 体或铁电体。

铁电体的定义

某些晶体在一定的温度范围内具有自发极化，而且其自发极化方向可以因外电场方向的反向而反向，晶体的这种性质称为铁电性，具有铁电性的晶体称为铁电体。它之所以称为铁电体，是因为它与铁磁体在许多物理性质上有一一对应之处，如电滞回线对应磁滞回线，电畴对应磁畴，顺电-铁电相变对应顺磁-铁磁相变、电矩对应磁矩等等，而并非晶体中一定含有“铁”。至于一种晶体是否是铁电体，我们并不能根据其内部结构的对称性来预测，只能通过实验来测定。铁电体的重要特征之一是具有电滞回线，电滞回线的存在是判定晶体为铁电体的重要根据。

铁电体的分类

铁电体的分布很广，目前已知具有铁电性的晶体多达上千种。它们广泛地分布于从立方晶系到单斜晶系的10个点群中。

一、按结晶化学分类

1. 双氧化物铁电体

这是一类最重要的铁电体，均具有氧八面体的结构特征。按不同的结构有课分成下列五族。

（1）钙钛矿型结构

（2）钨青铜型结构

（3）铌酸锂型结构

（4）烧绿石型结构

（5）含铋层状结构

2. 非氧化物铁电体

这是一类不含氧的无机铁电体。

3. 氢键铁电体

这类铁电体的共同特点是包含O-H-O或N-H-O形成的氢键，为水溶性晶体。

二、按铁电体顺电相有无压电性分类

1. 在顺电相没有中心对称的晶体

它们在顺电相虽无铁电性，但因为没有对称中心，因此具有压电性，如 RS 盐。

2. 在顺电相有中心对称的晶体

它们的顺电相由于存在对称中心，故无压电性，如钛酸钡类晶体。

三、根据铁电体极性轴的数目分类

1 只有一根极性轴的铁电体，如 硫酸铵晶体。

2. 可有有多根极性轴的铁电体，如钛酸钡类晶体。

四、按铁电体的力学性质和热学性质分类

1. “软”性铁电体

这一类铁电体的特点是可溶于水，力学性质软，居里温度低，具有较低的熔化温度或分解温度，如磷酸二氢钾类晶体。

2. “硬”性铁电体

其特征是不溶于水，力学性质硬，居里温度高，熔化温度高等，如双氧化物铁电体晶体。

五、按相转变的微观机制分类

1. 位移型铁电体

这类晶体由顺电相到铁电相得相转变与离子的位移紧密相联系。

2. 有序-无序铁电体

这类晶体的顺电-铁电相变是同晶体中氢离子的有序化相联系，主要是包括有氢键的晶体。

六、按居里-外斯常数的大小分类

1. 居里-外斯常数 c 为10^5 数量级的铁电体，这类铁电体的相转变机构属于位移型，如钛酸钡类铁电体。

2. c 为10^3 数量级的铁电体，这类铁电体的微观相变机构属于有序-无序型，如磷酸二氢钾他的晶体。

3. c 为10 数量级的铁电体，如硫酸铵晶体。

铁电体的相变

Ehrenfest 首先提出了相变级的广义定义：n 级相变是这样一种相变，即其吉布斯自由能G的 (n－1) 阶导数在相变温度是连续的，而其 n 阶导数在相变温度是不连续的。

根据压电热力学方程[1]，可以知道：在一级相变中，熵 S 、应变 x 、极化强度 P 在居里点 Tc 处的变化是不连续的；在二级相变中，熵 S 、应变 x 、极化强度 P 在居里点 Tc 处的变化是连续的，而比热 C 、热膨胀系数 α 、热释电系数 p 在 Tc 处是不连续的。