铁电体(BaTiO3)极化特性解释 USTC 黄正化 2003.

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铁电体(BaTiO3)极化特性解释 USTC 黄正化 2003

铁电体的极化特性 一般铁电体的晶体结构和成键特点和电子分布 BaTiO3 的电子构型 BaTiO3极化特性的解释 对居里点得解释 电滞出现的条件 外来离子的影响

電滯迴線

Nikon 偏光顯微鏡

一般铁电体的晶体结构和成键特点和电子分布 一般铁电体的晶体结构:一般为层状钙钛矿型。 铁电体的成键特点和电子分布:正离子一般为多层多电子型,以较弱的离子键成键。 Ti-O-Ti以网格状分布与一层中,Ba离子单独于一层中。(见图)

BaTiO3晶体结构

BaTiO3 的电子构型 Ba正离子: Ti正离: O负离子:

BaTiO3极化特性的解释 E作用下电子的偏移 Ba离子核外空轨道:4f.5p.5d.6S。能量均较低,可以比较容易地容纳电子。 Ti-O-Ti层电子的丢失 :Ba外层电子轨道俘获从Ti-O-Ti层偏移来电子 电滞(Pr)出现:电子在Ba层中的滞留

正反电滞的出现:BaTiO3晶体层状对称性,反向电场(-E)使电子偏向Ti-O-Ti层另一侧的Ba层,表现为反向的电滞(-Pr)。

对居里点得解释 电子的能量也可以依靠热运动来获得。一定的温度使得Ba的外层电子轨道无法再俘获外来的电子,使得极化不再出现,这一温度叫居里点。利用经典的方法: 可见 越大居里点越高。当然这只是一种趋向,不能由此计算居里点(经典理论不适用于原子尺寸)。

电滞出现的条件 温度在居里点以下 正离子为多质子核,且n/r 足够大 正离子核外有空的且能级比较低的轨道 负离子为非强电负性 晶体结构为对称的层状结构

外来离子的影响 如在Ba层中引入结构比较复杂的离子如:La系,由于La系有(n-2)f,(n-1)d等能级更低的轨道,故电滞Pr较大;若在Ti-O-Ti层中引入La等,则电子不易偏向Ba层,从而使Pr更小。(图)。

SBLT-x样品电滞回线

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