电滞回线的测量方法简介.ppt

铁电晶体电滞回线测量方法,电滞回线(ferroelectric hysteresis loop),在较强的交变电场作用下，铁电体的极化强度P随外电场呈非线性变化，而且在一定的温度范围内，P表现为电场E的双值函数，呈现出滞后现象。这个P-E（或D-E）回线就称为电滞回线。,测量铁电体电滞回线常用方法,冲击检流计描点法 示波器图示法（Sawyer-Tower电路法）,示波器图示法测量电滞回线原理图,被测样品Cx上串联一个电容量很大的电容器C，为了消除U1和U2之间的相位差，在电容C上并联了一个电阻R，调整R的大小便可使U1和U2之间的相位相同。,Cx,因为Cx和C0是串联的，故两个电容器上的电荷是一样多的 Qx =Qc=Q,简化原理图,Cx,因为样品的有效面积A和电容C是已知的，A/C为常数 故U2与电位移D成正比。对于压电陶瓷，r1，故DP， 因此U2与P成正比,电容器上的电压U2接到示波器的垂直致偏电极上，垂直幅度Uy与电压U2成正比，也就是说，示波器垂直幅度与电位移D（或极化强度P）成正比。,水平致偏电极则接到电位器W的滑动接点上，由于CCx，故UU1，因此水平致偏电极之间的水平幅度电压Ux正比于试样两端的电压U1，而试样两端的电场强度E=U1/d，因此在示波器上可以观察到P-E（或D-E）曲线，即电滞回线。,目前，电滞回线的测试电路一般是在Sawyer-Tower 电路的基础上进行改进，一般有两种改进方法： 物理补偿（即通过添加电阻、电容等电子元器件来消除铁电损耗对电滞回线造成的影响） 数字补偿（即利用计算机软件通过一定的公式来消除损耗对电滞回线造成的影响）,铁电体的等效电路,Jing Liu 等人利用数字补偿法对测得的电滞回线进行修正，们在饱和极化区间内连续取 k 个点，在上升部分定义为N1Nk，下降部分定义为n1nk，他们满足ENi=Eni（1ik），并且每个部分所取的点成线性关系 同时根据公式 ，调整C1和R1使S达到最小。,补偿前后的电滞回线谱图,实验步骤,1.检查仪器连线、档位是否正确，准确无误后按顺序打开仪器。 2.选择合适尺寸的测试样品，放入试样盒。 3.打开测试软件，选择恰当的设置开始测量。 4.记录实验条件，保存测量数据。,电滞回线示意图,剩余极化强度Pr(OD) E=0，自发极化强度的剩余部分（对整个晶体而言）。 饱和极化强度Ps(OE) 线性部分BC段的延长线与极化轴的截距。（对每个电畴而言 = 每个电畴固有的饱和极化强度） 矫顽电场Ec（OF） E反向，电畴偶极矩反转，沿E方向的畴 = 逆E方向的畴，P=0。 电滞回线所包围的面积 电场每变化一周，铁电晶体所消耗的能量。铁电晶体的损耗都比较高。 矩形度Rsq=（Pr/Ps）+(P1.1Ec/Pr),电滞回线的测量在铁电材料研究的应用,1.研究铁电材料非线性问题 2.研究铁电材料电疲劳性能 3.在铁电材料改性方面的应用,电滞回线测量应用举例：Bi0.9Nd0.1FeO3薄膜的电学性能研究 预处理温度的影响(Tp=250-325),1.所有的薄膜都表现出饱和的电滞回线 2. 275预处理的薄膜的剩余极化值明显减小,退火温度的影响(Tm=450-525),1.不同退火