钛酸钡电学性能简介教学内容

1、钛酸钡电学性能简介钛酸钡陶瓷主要特性铁电性介电性热释电性压电性钛酸钡晶体结构不同温度下钛酸钡的晶胞形状钛酸钡自发极化的微观机理钛酸钡自发极化的微观机理在居里温度（在居里温度（120120）以上：）以上： 立方晶格常数：立方晶格常数： a = 0.40 nm a = 0.40 nm r r（BaBa2+2+）= 1.43 = 1.43 r r（O O2-2-）=1.32 =1.32 r r（TiTi4+4+）= 0.64 = 0.64 钛氧离子间距为钛氧离子间距为2.005 2.005 r r（TiTi4+4+）+ r+ r（O O2-2-）=1.96 =1.96 ，晶格，晶格中的氧八面体的空隙

2、比钛离子大，允许钛离子向中的氧八面体的空隙比钛离子大，允许钛离子向6 6个个O O2-2-中的任何一中的任何一个移动个移动TiTi4+4+足以破坏足以破坏TiTi4+4+位移后所形成的位移后所形成的内电场对内电场对TiTi4+4+的定向位移效应；平均来说，八面体中央的的定向位移效应；平均来说，八面体中央的TiTi4+4+向周围向周围六个六个O O2-2-靠近的几率相同，并不会稳定地偏向某一个靠近的几率相同，并不会稳定地偏向某一个O O2-2-，故不会形成，故不会形成自发极化自发极化 在居里点在居里点120 120 以下以下，钛酸钡钛酸钡中的钛离子从原来的平衡位置沿（中的钛离子从原来的平衡位置沿

3、（001001）方向位移，变成四角晶系结构）方向位移，变成四角晶系结构 热运动能量减少，某些热运动能量较低的钛离子，热运动能量减少，某些热运动能量较低的钛离子，就不足以克服钛离子位移后就不足以克服钛离子位移后 Ti-O Ti-O 间形成的内电场作间形成的内电场作用，而向着某个氧离子（如用，而向着某个氧离子（如c c轴方向的氧离子靠近）轴方向的氧离子靠近），产生自发位移，产生，产生自发位移，产生自发极化自发极化 如果周围晶胞中钛离子的热运动能量较低，这种自如果周围晶胞中钛离子的热运动能量较低，这种自发位移就会波及到周围晶胞中所有的钛离子，使它们发位移就会波及到周围晶胞中所有的钛离子，使它们同时沿

4、着同一方向发生位移，这种极化波及相邻的晶同时沿着同一方向发生位移，这种极化波及相邻的晶格，形成一个自发极化的小区域，即格，形成一个自发极化的小区域，即电畴电畴钛酸钡晶体电畴结构四方钛酸钡晶体电畴结构示意图偏光显微镜观察的电畴晶片的不同区域在不同位置消光，那么就表示这些不同的晶片的不同区域在不同位置消光，那么就表示这些不同的区域包含有不同极轴方向的畴。区域包含有不同极轴方向的畴。电滞回线是电畴电滞回线是电畴在外电场作用下在外电场作用下运动的宏观描述运动的宏观描述钛酸钡铁电性的应用 钛酸钡具有铁电性，常用作信息存储、光记忆、图像显示、全息照相器件、制造介质放大器、脉冲发生器、稳压器、频率调制、开关

5、等。钛酸钡的介电性能钛酸钡的介电性能 由非自发极化状态由非自发极化状态自发极化状态，或由一个自发极化相转变自发极化状态，或由一个自发极化相转变另另一个自发极化相时，一个自发极化相时，钛酸钡钛酸钡介电性能发生显著变化介电性能发生显著变化 不同温度下，晶格参数有规律地变化不同温度下，晶格参数有规律地变化 钛酸钡钛酸钡单晶的介电单晶的介电常常数数与温度与温度T T的关系的关系 钛酸钡介电性能的应用 钛酸钡功能材料是介电体，有较高的介电常数，有很强的存储电荷的能力。利用钛酸钡材料的这一性质可制备电容器。如多层陶瓷电容器、埋入式电容器等。 多层陶瓷电容器是一种重要的电子元器件。它具有高电容密度从而使得芯

6、片小型化，广泛应用于信息、军工、移动通讯等行业。钛酸钡是目前主流的制备多层陶瓷电容器的介质材料，被誉为“电子陶瓷工业的支柱”。 埋入式电容器的电介质材料要求具有高的介电常数、低的介电损耗、好的加工性能和低廉的价格。钛酸钡是很合适的材料。钛酸钡的压电性 压电性是固体具有由施加应力产生额外电荷的性能。如果晶体无对称中心，则这种外加压力将使电荷分布有变化，产生偶极矩，产生压电效应。钙钛矿型晶胞结构钛酸钡陶瓷材料是目前应用最为广泛的压电陶瓷，主要用于制造换能器(水声、电声、超声)、陶瓷滤波器、电光器件、陶瓷变压器以及高压发生器等。 钛酸钡的热释电性 由于温度的变化,钛酸钡晶体会出现结构上的电荷中心相对位移,使它们的自发极化强度发生变化,从而在晶体两端产生异号的束缚电荷,这种现象称为热释电效应。在钛酸盐材料中，钛酸钡是最早发现的具有热释电性的材料。 近年来被广泛用于制造红外传感器，与光子传感器相比，它不会发生任何类型的辐射、传感效果好，在红外