剪切力作用下PZT955相变及机电性能

剪切力作用下PZT95/5相变及机电性能2.1铁电三角相根据稳定条件，可得铁电三角相极化强度与剪切力的关系为： (11)计算给出不同温度下极化强度随等剪切力的变化曲线，如图1所示。T/190200220PP 图1 铁电相极化强度随应力的变化曲线 图2 铁电相自发极化强度随温度的变化曲线图1为几个固定温度下PZT95/5极化强度随等静压变化关系曲线。在较小剪切力下剩余极化强度随着压力的增加持续增加，达到某一足够小应力值时，剩余极化强度变为0，且这一过程较为平缓，说明在某一温度下随着剪切应力的减小，促进了PZT95/5材料的一级铁电-反铁电相变。随着剪应力的增加降低了相变起始的的平均应力，相变转化率也随着剪切力的增加而降低。对于图二，温度升高，所对应的相变转化压力降低，这一结论与有些实验定性结论一致6。2.2 FE相自发弹性应变(Spontaneous elastic strain ): (12) (13)这里的为正应变，为剪应变，我们能给出应变与温度、剪切力的变化趋势。按照前面极化强度的方向定义方式，认为1,2,3三个方向对应的就是晶格结构中晶轴方向100，010，001，且三个方向应变相等且均为0。2.3 FE相介电性能介电刚度(Dielectric stiffness ) (13-1) (13-2)介电极化率(Dielectric susceptibility) (13-3)描述电介质性质的重要参数之一是介电极化率或介电常数。介电常数的不同大小反映了材料的极化强度对外电场的响应大小。材料学中，根据不同的晶系和点群对应的独立的介电常数个数不同。完全各向异性体的独立介电常数有6个，完全各向同性体的独立介电常数只有一个。具有压电效应晶体的对称性介于完全各向异性体和完全各向同性体之间。铁电FR相是三角晶系，其独立介电常数两个。铁电相极化强度沿方向，根据习惯进行坐标变换，使得3轴沿着极化方向，则对铁电三角相新坐标下介电刚度定义为： (13-4) (13-5)这种表述极化率的符号和方式与一般铁电学书上的描述一致。一般用介电极化率来描述介电性质，即： (13-6) (13-7)图3.介电极化率随温度的变化曲线 图4.介电极化率随剪切力的变化曲线由图3可知这里介电极化率具有介电各向异性特征，高温时平行于极化轴的介电极化率大于垂直于极化轴的介电极化率，而低温时规律相反。作用剪切力时，两方向的介电极化率各向异性特征减弱，介电极化率在某一温度开始出现增大的的趋势，介电极化率增加意味着介电常数减小，此时所对应的温度意味着可能发生FE-AFE的相变。如果作用剪切力，可以看到发生相变的温度明显提高。图4给出介电极化率随剪切力的变化规律，随着剪切力的增加，铁电相转化为反铁电相，介电常数降低，即介电极化率增加。尤其材料的各向异性，平行于极化轴的介电极化率增大明显，而垂直于极化轴的介电极化率随着剪切力的增加变化较小。2.4 AFE相极化强度 (14)根据(9)式中系数关系，这里可以根据表1铁电相系数给出AFE相极化强度。 (15)图5反铁电相极化强度随温度的变化曲线图6反铁电相极化强度随剪切力的变化曲线根据图5我们可以看到反铁电相极化强度随着温度的升高而降低，不同的剪切力作用对其极化强度的影响并不大。图6我们可以看到随着剪切力的增大，反铁电相极化强度变化变化不大。剪切力促使材料的FE相转化为AFE相，而对AFE相影响不大，这与我们理解的FE，AFE相性能基本一致。自发弹性应变(Spontaneous elastic strain ): (16) 介电刚度Dielectric stiffness （耦合系数不清楚，暂时没画图，但是基本规律其实和反铁电极化强度平方规