材料铁电性能的测量

材料铁电性能的测量<一>实验目的<二>实验装置<三>实验原理<四>实验步骤<五>注意事项<一>实验目的了解铁电参数测试仪的工作原理和使用方法；学习用铁电参数测试仪测量电滞回线<二>实验装置

ZT—Ⅰ铁电材料参数测试仪铁电陶瓷样品<三>实验原理电滞回线是铁电性的一个最重要的标志。下图是一个铁电材料的典型电滞回线，假定铁电体在外场为零时，晶体中的各电畴互相补充，晶体对外的宏观极化强度为零，晶体的状态处在图上的O点。当外加电场于铁电体材料时，如认为所讨论的铁电材料只有彼此成1800的电畴，则铁电材料中沿电场方向的电畴扩大，而逆电场方向的铁电体的电滞回线电畴减小，即逆电场方向的电畴偶极矩转向电场方向，因而使介质的极化强度随着电场强度的增加而迅速地增大(图中A至B段)，图中B点相应于晶体中全部电畴偶极矩沿电场方向排列，达到了饱和。进一步增加电场，就只有电子的及离子的位移极化效应，P一E呈直线关系，如图中B至C段。如果减小外电场，晶体的极化强度从C点下降，由于自发极化偶极距仍大多在原定电场方向、故P一E曲线将沿CD曲线缓慢下降。当场强E降到零时，极化强度P并不下降为零而仍然保留极化，称Pr(相应于图中OD线段)为剩余极化强度。这里Pr是对整个晶体而言的，而线性部分的延长线与极化轴的截距Ps(相应图中OE线段)表示电畴的自发极化强度，相当于每个电畴的固有饱和极化强度。要把剩余极化去掉，必须再加反向电场，以达到晶体中沿电场方向和逆电场方向的电畴偶极矩相等，极化相消，使极化强度重新为零的电场El(相应于图中OF线段)称为矫顽电场。如果反向电场继续增加，则所有电畴偶极矩将沿反向定向，达到饱和(相应回中G点)。反向场强进一步增加，曲线G至H段与B至C段相似。要是电场再返回正向，P一E曲线便按HGIC返回，完成整个电滞回线。电场每变化一周，上述循环发生一次。描述电滞回线最重要的参数为自发极化强度Ps和矫顽场强度Ec。不过矫顽场强与温度和频率有关，通常温度增加，矫顽场强下降；频率增加，矫顽场强增大。<四>实验步骤电滞回线的测量一般采用正弦波、三角波信号。精确地测定Pr值应采用间歇三角波信号。测量电路原理如下图所示：

测量过程中，根据铁电样品的性能，通过仪器适当选择取样电容CO值（例如，0.1）及漏导补偿，并调节信号频率使漏导补偿处于最佳点从而得到理想的铁电材料电滞回线。对于薄膜和陶瓷（体材料），测量电滞回线的方法基本相同，只是输入的模拟信号其幅值与频率的范围不同。体材料测量步骤：仪器与示波器的连接见上图。注意，其中示波器X轴应接高压探头（将信号衰减100倍），示波器Y轴选用普通的示波器探头。将幅度调节旋钮19逆时针旋到底，防止接通电源后，信号强度过大冲击仪器。按下薄膜/陶瓷按钮16（此时，输出信号频率分段开关12无效）。补偿按钮17一般不要按下，因为体材料的漏导极小，不需补偿，以免发生电滞回线的过补偿。通过取样选择旋钮6选择取样电容C0(用于测电滞回线，例如，取0.1)或取样电阻R0(用于测I—V特性，用于测I—V特性，例如，取0.1kΩ)。根据测量要求，通过波形选择旋钮9选择相应的测量波形。适当调节幅度调节旋钮19及频率调节旋钮18。观察示波器上显示出的电滞回线或I—V特性。根据需要，重新调节上述步骤。例如，重新选择相应频段并调节频率及重新选择C0或R0以求测到最佳波形。关闭仪器电源前，请将输出信号幅值调节旋钮19逆时针旋到底，同时将薄膜/陶瓷选择按钮调至薄膜状态，防止下次开机时大电流对仪器造成冲击。<五>注意事项(1)本仪器使用后，最好将接入的连线全部拆除。频率换档置于100Hz～1kHz位置，幅度调节旋钮逆时针旋到底，R调节旋钮顺时针旋到底，波形选择置于正弦位置，取样电容档置于1nF位置，这样可确保下次使用时仪器不受高压的冲击。例如，若幅度调节旋钮处在最大位置，一旦薄膜/陶瓷按钮按下，则本仪器就可能输出4500Vp-p以上的高压，此时仪器内部电路会产生很大的冲击电流而损坏