【正文】 荷 AB出現(xiàn) (A+， B） 力 應變 原子相對位置的改變 凈電偶極矩 束縛電荷 x y 壓電性 壓電效應與晶體的對稱性有關。由前討論可知，壓電效應的本質(zhì)是對晶體施加應力時，改變了晶體內(nèi)的電極化，這種電極化只能在不具有對稱中心的晶體內(nèi)才可能發(fā)生。 只有結構上沒有對稱中心，才有可能產(chǎn)生壓電效應 而且必須是： ?電介質(zhì) （或至少具有半導體性質(zhì)）； ?其結構必須有帶正、負電荷的質(zhì)點 離子或離子團存在（離子晶體或離子團組成的分子晶體） 常用： α石英晶體，鈦酸鋇，鈦酸鉛，鉍酸鉬等 4）壓電材料的主要表征參數(shù)： 壓電性 （ 1） 機械品質(zhì)因數(shù)： 壓電振子是最基本的壓電元件，它是被覆激勵電極的壓電體。 諧振頻率 : 若壓電振子是具有固有振動頻率 fr的彈性體，當施加于壓電振子上的激勵信號頻率等于 fr時，壓電振子由于逆壓電效應產(chǎn)生機械諧振，這種機械諧振又借助于正壓電效應而輸出電信號。 壓電振子諧振時，存在內(nèi)耗，反映損耗程度的參數(shù) : Wm為振動一周單位體積存貯的機械能， Δ Wm為振動一周單位體積消耗的能量。 壓電性 （ 2） 機電耦合系數(shù)： 機電耦合系數(shù) k是綜合反映壓電材料性能的參數(shù)。它表示壓電材料的機械能與電能的耦合效應，定義為： 由于壓電元件的機械能與它的形狀和振動方式有關，因此不同形狀和不同振動方式所對應的機電耦合系數(shù)也不相同。 K ：反映壓電材料機械能和電能相互轉換的力度。 ： 熱釋電性 （ 熱電性 ） ： 晶體由于溫度的作用而使其電極化強度變化 。 熱釋電性 電氣石 : 化學成分（ Na, Ca)(Mg, Fe)3B3Al6Si6(O, OH,F)31 在均勻加熱的同時，讓一束硫磺粉和鉛丹粉經(jīng)過篩孔噴向這個晶體。 結果會發(fā)現(xiàn)。晶體一端出現(xiàn) 黃色 。另一端變?yōu)?紅色 。這就是坤持法顯示的天然礦物晶體電氣石的熱釋電性實驗。 3m點群，只有一個三次轉軸，沒有加熱時，自發(fā)極化電偶極矩被吸收的空氣中的電荷屏蔽 。 溫度升高，這種平衡破壞，一端帶正電，一端帶負電。 ： 熱釋電性 晶體：一定是具有自發(fā)極化的晶體，在結構上具有極軸。 極軸：晶體惟一的軸，二端往往具有不同性質(zhì)，且采用對稱操作不能與其它方向重合。 有熱釋電效應一定有壓電效應，反之不然。 壓電效應：由于機械應力引起正負電荷重心的相對位移； 熱釋電效應：由于熱膨脹引起的正負電荷重心的相對位移。 α石英晶體 在 X1， X2， X3方向等位移，正負電荷重心不變，沒有熱釋電性。 產(chǎn)生熱釋電效應的條件： （ 1）無對稱中心； （ 2）存在自發(fā)極化； （ 3）有極軸； )(00 ins PPEPED ????? ??Ps為自發(fā)極化強度， Pin為電場作用產(chǎn)生 E0ein ???PEPED es 00 ??? ???EPD s ???TETPTD s???????? ?pTPs ???熱釋電系數(shù) gpTD ???綜合熱釋電系數(shù) 1. 電滯回線和鐵電體 鐵電體、電疇 羅息鹽 :酒石酸鉀鈉 NaKC4H4O6? 4H2O 其極化強度隨外加電場的變化如右圖所示形狀，稱為電滯回線。 把具有這種性質(zhì)的晶體稱為鐵電體 。 它是鐵電態(tài)的一個標志。同鐵磁體具有磁滯回線一樣，所以人們把這類晶體稱作“鐵電體”。 其實晶體中并不含有鐵。 Ps: 飽和極化強度 Pr: 剩余極化強度 Ec: 矯頑電場 居里溫度： 鐵電體在定溫度以上，電滯回線消失，這個溫度為居里溫度 Tc 2. 電疇 電疇：鐵電體自發(fā)極化時能量升高，狀態(tài)不穩(wěn)定，晶體趨向于分成許多小區(qū)域，每個小區(qū)域電偶極子沿同一方向，不同小區(qū)域的電偶極子方向不同，每個小區(qū)域為電疇。 疇壁：疇之間的邊界地區(qū)。決定疇壁厚度的因素是各種能量平衡的結果。 180度， 90度 (單晶體） 60度， 120度 （斜方晶系） 71度， 109度 （菱形晶系） 鐵電體在外電場的作用下，趨向與外電場方向一致，稱為“疇”轉向，通過新疇的出現(xiàn)，發(fā)展和疇壁移動來實現(xiàn)的。外加電場撤去后，小部分電疇偏離極化方向，恢復原位，大部分停留在新轉向的極化方向上，為剩余極化。 1. 設 —單晶體的極化強度方向只有沿某軸的正向或負向二種可能 。 在沒有外電場時 ， 晶體總電矩為零 (能量最低 )。加上外電場后 ， 沿電場方向的電疇擴展 、變大 ， 而與電場方向反向的電疇變小 。這樣極化強度隨外電場增加而增加 。 2. 電場強度繼續(xù)增大 ， 電疇方向趨于電場方向 ， 極化強度達到飽和 。 3. 如再增加電場 ， 則極化強度 P與電場 E成線性增加 ， 沿這線性外推至 E＝ 0處 ， 相應的 Ps值稱為飽和極化強度 ， 也就是自發(fā)極化強度 。 4. 若電場強度自 c處下降，晶體極化強度亦隨之減小。在 E＝ 0時．仍存在極化強度，就是剩余極化強度 Pr。 5. 當反向電場強度為一 Ec時，剩余極化強度 Pr全部消失。 6. 反向電場繼續(xù)增大．極化強度才開始反向，直到反向極化到飽和達圖中 G處。Ec稱為矯頑電場強度。 ： 鐵電體的起源與晶體結構 自發(fā)機制與鐵電體的晶體結構有關，主要是晶體中原子位置的變化的結果。 自發(fā)機制：氧八面體中離子偏離中心的位移（應變）運動；氫鍵中質(zhì)子運動的有序化； OH集團擇優(yōu)分布；含其它離子集團的極性分布。 BaTiO3: 90度， 5度， 120度 菱方結構 斜方 四方 立方結構 120度以下為鐵電體，且電偶矩方向受外電場控制 在溫度 T＞ Tc時，熱能足以使 Ti 4+ 在中心位置附近任意移動。這種運動的結果造成無對稱可言。 當外加電場時，可以造成 Ti 4+ 產(chǎn)生較大的電偶極矩，但不能產(chǎn)生自發(fā)極化。 當溫度 T＜丁 c時，此時 Ti 4+和氧離于作用強于熱振動．晶體結構從立方改為四方結構，而且 T4+偏離了對稱中心，產(chǎn)生永久偶極矩，并形成電疇。 鐵電性、壓電性、熱釋電性關系