鐵電電滯回線

《電子學(xué)名詞》第一版。 2100433B

1993年，經(jīng)全國(guó)科學(xué)技術(shù)名詞審定委員會(huì)審定發(fā)布。

如圖2所示，一切處于鐵電態(tài)的陶瓷材料都有電滯回線，只是電滯回線的形狀有長(zhǎng)短寬窄之分。電滯回線面積通常與鐵電介質(zhì)的損耗成正比，該能量損耗用來(lái)克服自發(fā)極化改變方向和克服雜質(zhì)、晶界等缺陷對(duì)疇壁運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的“摩擦阻力”。因此，對(duì)于結(jié)構(gòu)完整的單晶，因介電損耗小而使電滯回線較窄；對(duì)于存在缺陷和應(yīng)力復(fù)雜的多晶陶瓷體，則電滯回線較寬。

電滯回線能夠比較直觀的反應(yīng)最大極化強(qiáng)度、剩余極化強(qiáng)度、矯頑電場(chǎng)等值的大小，并且能夠根據(jù)電滯回線積分計(jì)算得出該材料的儲(chǔ)能密度。

雙電滯回線，反應(yīng)反鐵電體在強(qiáng)電場(chǎng)作用下，極化強(qiáng)度P與外電場(chǎng)強(qiáng)度E的關(guān)系曲線。是反鐵電體的宏觀特征。對(duì)反鐵電體，在開(kāi)始施加電場(chǎng)時(shí)，極化強(qiáng)度隨電場(chǎng)強(qiáng)度呈線性增加，介電系數(shù)幾乎不隨場(chǎng)強(qiáng)而變。但當(dāng)場(chǎng)強(qiáng)增高到臨界電場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)，極化強(qiáng)度隨電場(chǎng)強(qiáng)度的增加開(kāi)始呈明顯的非線性變化，電場(chǎng)強(qiáng)度增加到臨界飽和強(qiáng)度時(shí)，又接近線性變化。

在外加電場(chǎng)的作用下，鐵電晶體在出現(xiàn)自發(fā)極化時(shí)，退極化場(chǎng)和應(yīng)變將會(huì)伴隨著極化產(chǎn)生。晶體為保持穩(wěn)定地極化，就會(huì)劃分成很多小區(qū)域，各個(gè)小區(qū)域里的電偶極子沿相同的方向，但電偶極子在不同小區(qū)域里卻是不同的取向，這些小區(qū)域被稱為電疇，疇的間界稱為疇壁。晶體的應(yīng)變能及靜電能由于電疇的出現(xiàn)而變小，而疇壁能卻因?yàn)楫牨诘拇嬖诙霈F(xiàn)。電疇的穩(wěn)定性由總自由能取極小值來(lái)決定，可通過(guò)了解電疇結(jié)構(gòu)而更好的理解極化反轉(zhuǎn)的機(jī)理。隨著外加電場(chǎng)的變化，鐵電體的極化強(qiáng)度會(huì)發(fā)生相應(yīng)地變化，在外加電場(chǎng)強(qiáng)度較大時(shí)，極化強(qiáng)度與電場(chǎng)強(qiáng)度之間的變化規(guī)律呈非線性關(guān)系。在電場(chǎng)的不斷作用下，新疇成核并逐漸長(zhǎng)大，疇壁轉(zhuǎn)動(dòng)，因而出現(xiàn)極化轉(zhuǎn)向。

圖1給出電滯回線的形成原理，在外加很弱的電場(chǎng)時(shí)，極化強(qiáng)度與電場(chǎng)呈現(xiàn)線性關(guān)系，而這時(shí)可逆的疇壁轉(zhuǎn)動(dòng)占據(jù)主導(dǎo)地位。隨著電場(chǎng)強(qiáng)度的增加，引發(fā)新疇成核，造成疇壁運(yùn)動(dòng)變?yōu)椴豢赡娴?。?dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度增加到一定值的的時(shí)候，趨于極化飽和狀態(tài)。此時(shí)，若電場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)一步增加，因?yàn)楦袘?yīng)極化的增加，總的極化強(qiáng)度仍然會(huì)隨之變大，在圖1中的表示為BC段。反之，若隨著飽和后的電場(chǎng)強(qiáng)度的降低，極化曲線卻不會(huì)與增長(zhǎng)時(shí)的曲線重合，而是表現(xiàn)為圖1中BD段，將繼續(xù)減小。鐵電體在極化強(qiáng)度和外電場(chǎng)的關(guān)系上也存在相似的曲線形態(tài)，因此將鐵電體的這種行為曲線叫做電滯回線。