铁电材料参数的测量

5.2铁电材料参数的测量，铁电材料参数的测量，1 .相关概念(偶极矩，铁电性)2.电磁滞线的测量3 .电压波形的获取4 .铁电材料参数的测量，1 .相关概念，电磁滞线，铁电材料的实际应用，铁电材料中存在剩馀极化强度开发了可用于图像显示的透明的强电介质陶瓷设备，例如强电介质存储部和显示设备、光阀、全息设备等。 由于铁电体的极化随e而变化，因此晶体的折射率也随e而变化。 这种外电场引起的晶体折射率的变化称为电光效应。 晶体的电光效应可以用于制造诸如光调制器、石英光阀和电光开关等的光学装置。 目前应用于激光技术的晶体多为铁电晶体。一些概念，偶极矩介质及其极化强度强介质和电滞后线、偶极矩、偶极矩：对于介质的分子，如果将正、负电荷中心的距离定义为l，将矢量直径l的方向从负电荷定义为正电荷，则电荷q与l的积定义为偶极矩。 偶极矩是矢量，用表示，=ql偶极：同量的正、负电荷的中心非对称分布而形成偶极矩的分子。 偶极矩是表示电偶极性质的物理量，SI单位系的单位为cm，分子物理学中以d (器件)为单位，1D=3.3310-30Cm .非极性电介质、极性电介质、离子性电介质在无电场作用时，分子的正、负的电荷中心重叠，因此分子的偶极矩为零外电场不起作用时，分子的正、负电荷的中心不重叠，即分子具有偶极矩，称为分子的固有偶极矩，该分子称为偶极分子或极性分子，该电介质称为极性电介质。 另外，离子型电介质通常由正、负离子构成，这种情况下，不存在个别的分子，存在于介质中的是离子。 云母，石英。 单原子分子、由He、Ne、Ar、Kr相同原子构成的二原子分子、H2、N2、Cl2对称结构的多原子分子、CO2、C6H6、CCl4烷基系烃分子、CnH2n 2、无极性的烷基系烃分子中的氢原子被卤素元素或OH、NH2、NO2基取代的植物油、合成液体介质， 天然树脂、合成树脂、纤维、聚氯乙烯等，通过电介质、无极性电介质、极性电介质、CH4、CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4、无极性电介质、极性电介质、电介质极化、外电场的作用，在电场方向上在电介质内部出现宏观的偶极矩，在电介质表面出现束缚电荷极性电介质、无极性电介质、任意一种电介质都被外电场极化。 介质在电场下的基本特性。 外电场作用下，围绕原子核的电子云相对于原子核发生弹性位移，形成偶极矩。 加上外电场，1 )分子的正负电荷中心的相对弹性位移2 )各分子受到电场矩的作用，有朝向外电场方向的倾向。、电介质的极化、(a )真空平板电容器(b )平板电容器中的束缚电荷图案平板电容器的电介质材料的极化、极化强度、电介质的极化强度被定义为单位体积电介质内的沿着电场方向的偶极矩的总和即极化强度矢量p。 在I、小体积元v内沿电场方向感应出偶极矩之和. 极化强度p是电介质小体积分v内的电场方向感应偶极矩的平均值。 因此p是宏观物理量，其大小与外加电场有关。 对于各向同性电介质，各点的极化强度p与宏观电场强度e成正比。 在、强电介质、一般电介质、自发极化、强电介质、施加电场中产生极化，去除电场极化消失的电介质。 对于一些电介质，即使不施加电场也能产生极化，该极化称为自发极化，在一定的温度范围内具有自发极化特性，而且其自发极化方向因外电场而反向的结晶介质称为强电介质晶体管，简称为强电介质。电滞后线在强电介质上施加强外电场时，强电介质的极化强度和外电场不会线性变化，在一定的温度范围内表现二值函数，呈现滞后环的关系。 这个磁滞环被称为电磁滞环线。、强电介质区域，通常强电介质的自发极化的方向不同，但在一个小区域内，各单位单元的自发极化的方向相同，该小区域称为强电介质区域。 两个域之间的边界壁叫做域壁。 另外，90o域壁、180o域壁、电滞回线、强电介质域在外部电场的作用下运动的宏观记述，当施加电场时，电场方向的域扩大，与增大的电场逆平行方向的域变小。 这样，极化强度随外电场的增加而增加。 图中的OA段曲线。 再加上增加电场，只有电子和离子的位移极化效应，PE是直线关系。 在图中的从b到c的区段中，b点对应于结晶中的全域偶极矩而在电场方向上排列饱和，减小外电场时p值从c点下降，自发偶极矩在原电场方向上变多，因此PE曲线沿着CD缓慢下降，e值为零时p值为零由于大部分区域停留在极化方向，因此宏观上残留极化强度。 Pr称为残留极化强度。 为了去除残留极化，必须加入逆电场，使晶体中的电场方向和逆电场方向的畴偶极矩相等，极化被抵消。 使极化强度再次为零的电场Ec(F点)称为矫顽力电场。 反向电场持续增加时，所有区域偶极矩都反向取向，达到饱和(图中g点)，反向电场持续增加，曲线g到h的区段与b到c的区段相似。 电场再次向正方向返回时，PE曲线按下HGIC返回，电滞后线整体完成。 直线部分的延长线和极化轴的截距Ps (图中e点)表示区域的自发极化强度，相当于每个区域的固有饱和极化强度。电滞回线的特征和结构、强电介质样品的等效电路、域反转过程供给的电荷是Qs，理想的是矩形波，感应极化过程供给的电荷是Qi。这与电压u成比例，电导和感应极化损耗供给的电荷是Qr，所述电压之间的关系是椭圆形的。 全部电荷q由这3个部分重叠而成，QU构成电滞回线，感应极化电荷Qi使Qs的饱和分支、上升分支和下降分支倾斜，被赋予电导和感应极化损失的电荷Qr使Qs的饱和分支向一个环状端变形。 Qs与电压u的关系真实地反映了域的反演过程。与自发极化强度Ps0相关的参数Qs0、与抗电场强度Ec相关的参数Uc、2 .电滞后线的测定、电滞后线的测定、示波器法是最常用的方法。 消除Qr和Qi的方法：1.电阻补偿法2 .线性补偿法、电滞回线的测定、施加于示波器垂直偏转板的电压与施加于强电介质试样的电荷q (或极化强度p )成比例，施加于示波器水平偏转板的电压与施加于强电介质试样的电压(或电场强度e )成比例，是适当的电容、补偿功能(Qr和Qi除外)抵消Qr，以便精确地测量铁电特征参数Qs0(或Ps0)和Uc (或Ec )，并且电滞回线的饱和分支从环状端变为倾斜直线。 对于强电介质的性质不明确或损失大的材料，如果需要利用电滞后线判断极化结构、分析畴的反演过程、正确测量QQ0和Uc等强电介质参数，则可以抵消Qr和Qi，电滞后线的饱和分支成为与横轴平行的水平线、电阻补偿法、线性补偿法、适合大多数小损耗或中损耗的强电介质试样、大损耗或强电介质性质弱的试样、电子材料和部件测试技术/周东祥、潘晓光编着/武汉：华中理工大学出版社、1994、施加于示波器垂直偏转板的电压为强电介质试样的电荷q (或极化强度p ) 施加于示波器水平偏转板的电压与施加于强电介质试样的电压(或极化强度e )成比例地为C0Cx、电阻补偿法、电阻补偿法、施加于示波器y轴的电压、Qr、电阻补偿法的效果图，电磁滞线的前端成为斜线，抵消Qr和Qi， 线性补偿法的效果图电磁滞线的前端成为与横轴平行的水平线，强电介质试样的等效电路对差动电路要求高，电路复杂，因此一般仅在有高要求的情况下使用，包括：与自发极化强度Ps0相关的参数Qs0、与抗电场强度Ec相关的参数Uc、 3 .电压波的取得、电压波的取得、电压波的取得、测试器的输出电压可达到5000V，需要分压，可加在示波器的x轴上，在电磁滞线的饱和支撑中产生一些弯曲变形的毛刺。 这些毛刺被认为是由电路中的寄生振动引起的。 电路中的分布电容、漏电导、示波器的输入阻抗及其x轴、y轴放大器等因素引起相移。 相移会使线路的波形产生失真，这会影响特征参数的提取。 电路比较：电阻分压器(适用于低频、低压测量)，电容分压器(适用于高频测量)，标准无相移比较器，并联可变电阻器构成移相器，使开关k为1，调节x轴分压器的移相程度，在示波器上出现在一条直线上。 电路和放大器引入的相移得到补偿。 将开关k设为2时，试料进入示波器的y轴，因此示波器能够正确地显示试料两端的电荷q和电压u的电滞回线。频率范围：0.01Hz10Hz； 输出电压： 5000V输出波形：正弦波、三角波、电磁滞测定器、测定器、2 .强电介质材料参数测定、强电介质材料参数的决定、1 .强电介质材料参数的决定步骤2 .参数的基本原理、强电介质材料参数的决定步骤， 1 .确定x轴的电压比例