目錄
序
前言
第1章 緒論 1
1.1 鐵電體的基本概念 1
1.2 鐵電體的歷史 2
1.3 壓電性、熱釋電性與鐵電性 3
1.3.1 壓電效應(yīng) 3
1.3.2 熱釋電效應(yīng) 5
1.3.3 鐵電效應(yīng) 7
1.4 鐵電體的狀態(tài) 9
1.4.1 鐵電體的原始態(tài) 9
1.4.2 鐵電體的鐵電態(tài) 11
1.5 鐵電體研究中面臨的基本問題 12
1.6 鐵電體的特點(diǎn)和本書的特色 13
參考文獻(xiàn) 14
第2章 晶體的對稱性與表示15
2.1 對稱操作 16
2.1.1 反演對稱 17
2.1.2 旋轉(zhuǎn)對稱 (Cn， 對稱素為線) 17
2.1.3 鏡像反映 (m，對稱素為面) 17
2.1.4 旋轉(zhuǎn)–反演對稱 18
2.1.5 旋轉(zhuǎn)–反映對稱 (n/m) 19
2.1.6 滑移對稱 20
2.1.7 螺旋對稱 22
2.2 晶軸的定向 23
2.2.1 點(diǎn)群的國際記號 23
2.2.2 等效點(diǎn)系的等效點(diǎn)數(shù)目 25
2.3 布拉維格子、晶系及其表示 25
2.3.1 初基格子與非初基格子 25
2.3.2 14 種布拉維格子 26
參考文獻(xiàn) 30
第3章 熱力學(xué)特征函數(shù)及其應(yīng)用 31
3.1 鐵電體中的熱力學(xué)特征函數(shù) 31
3.1.1 一般材料的熱力學(xué)系統(tǒng) 31
3.1.2 鐵電體中的熱力學(xué)函數(shù) 32
3.2 鐵電體的雅可比行列式表示法 33
3.2.1 熱力學(xué)中的雅可比行列式 33
3.2.2 鐵電體中熱力學(xué)效應(yīng)的關(guān)聯(lián) 36
3.2.3 壓電體中熱力學(xué)效應(yīng)的關(guān)聯(lián)及雅可比行列式表示 39
3.2.4 應(yīng)力作用下的鐵電體吉布斯自由能函數(shù) 40
參考文獻(xiàn) 41
第4章 鐵電體的基本概念與原理 42
4.1 鐵電體中的電荷與電場.42
4.1.1 偶極子間的相互作用 42
4.1.2 電場對偶極子自由能的影響 45
4.2 偶極子的轉(zhuǎn)向原理 47
4.3 電滯回線的原理 51
4.3.1 電滯回線的測試原理 51
4.3.2 鐵電體電滯回線的描述和傳統(tǒng)解釋.51
4.3.3 電滯回線中的極化強(qiáng)度 52
4.3.4 相關(guān)問題的討論 54
4.3.5 電滯回線的滯后機(jī)理 54
4.4 鐵電體的電容率與介電常數(shù) 58
4.4.1 電容率 58
4.4.2 鐵電體的介電常數(shù) 59
4.4.3 鐵電體中電容率與介電常數(shù)的差異.61
4.4.4 有效場在鐵電體中的失效原理.62
4.5 極化的耦合原理 63
4.5.1 耦合與相變 63
4.5.2 耦合與疇的形成 64
4.6 傳統(tǒng)的電卡效應(yīng)理論 65
4.7 居里原理 69
參考文獻(xiàn) 70
第5章 鐵電體的相變理論 72
5.1 鐵電體的軟模理論 72
5.2 鐵電體的相變原理 77
5.2.1 鐵電體相變的熱力學(xué)函數(shù) 78
5.2.2 熱力學(xué)函數(shù)的數(shù)學(xué)形式 79
5.2.3 多極化強(qiáng)度方向的熱力學(xué)體系描述.81
5.3 鐵電體的順電相 83
5.3.1 鐵電體的順電相吉布斯自由能.83
5.3.2 鐵電體的介電常數(shù)機(jī)理 84
5.4 摻雜對鐵電體相變特性的影響 85
參考文獻(xiàn) 88
第6章 二階相變鐵電體 90
6.1 二階相變鐵電體的電滯回線 90
6.1.1 二階相變鐵電體電場方向的吉布斯自由能 91
6.1.2 二階相變鐵電體電場方向的誘導(dǎo)效應(yīng) .94
6.1.3 二階相變鐵電體的吉布斯自由能.96
6.1.4 二階相變鐵電體的臨界電場 98
6.1.5 二階相變鐵電體的電滯回線 102
6.2 二階相變鐵電體的介電常數(shù)與電容率 106
6.2.1 基本原理 107
6.2.2 理論結(jié)果與分析 109
6.3 極化強(qiáng)度、電滯回線及介電常數(shù) (教學(xué)型) 116
6.3.1 無電場時(shí)極化強(qiáng)度和介電常數(shù)的溫度關(guān)系 .116
6.3.2 加電場后的自由能與極化強(qiáng)度 119
6.3.3 一維的簡單電滯回線 120
6.3.4 三維的電滯回線、介電常數(shù)和電容率.122
6.3.5 半導(dǎo)化對電滯回線的影響 124
6.3.6 死疇對電滯回線的影響 126
6.3.7 加電場后的介電移峰效應(yīng) 127
6.4 熱釋電效應(yīng)原理 128
6.4.1 熱釋電效應(yīng)的物理原理 129
6.4.2 熱釋電效應(yīng)的測量原理 131
6.4.3 熱釋電探測模式理論 134
6.4.4 熱釋電理論數(shù)值模擬結(jié)果 138
6.4.5 數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較 143
6.4.6 鐵電體熱釋電材料的主要特色 145
6.5 鐵電體的儲能 145
6.5.1 鐵電體的儲能原理 146
6.5.2 鐵電相的儲能 147
6.5.3 順電相的儲能 151
6.6 電致伸縮效應(yīng)原理 155
6.6.1 電致伸縮的熱力學(xué)原理 155
6.6.2 鐵電體的電致伸縮原理 156
6.6.3 飽和電場近似 (教學(xué)型) 158
6.6.4 電致伸縮回線原理與數(shù)值模擬 162
6.6.5 與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較及機(jī)理分析 169
6.7 電卡效應(yīng)原理 170
6.7.1 熱釋電體的電卡效應(yīng) 171
6.7.2 鐵電體中場致偶極子分布的電卡效應(yīng).175
6.7.3 鐵電體中偶極子耦合對電卡效應(yīng)的影響.178
6.7.4 理論結(jié)果與分析 179
6.7.5 與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較 184
6.7.6 二階相變鐵電體的電卡效應(yīng)討論 186
6.8 熱電能量轉(zhuǎn)換原理 187
6.8.1 熱電能量轉(zhuǎn)換的原理與傳統(tǒng)理論 187
6.8.2 Olsen 循環(huán)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果 194
6.8.3 Olsen 循環(huán)的基本理論 198
6.8.4 Olsen 循環(huán)理論的數(shù)值模擬結(jié)果 200
6.8.5 Olsen 循環(huán)的優(yōu)化策略 205
參考文獻(xiàn) 212
第7章 一階相變鐵電體 216
7.1 傳統(tǒng)方法的介電常數(shù)與極化強(qiáng)度 218
7.1.1 一階相變鐵電體的吉布斯自由能 218
7.1.2 相變溫區(qū)的特征溫度參量 220
7.2 一階相變鐵電體的極化強(qiáng)度 224
7.2.1 三維鐵電體的吉布斯自由能 224
7.2.2 正反電場方向的極化強(qiáng)度 225
7.2.3 相變區(qū)域內(nèi)的介電常數(shù) 227
7.2.4 電場在相變溫區(qū)的誘導(dǎo)效應(yīng) 228
7.2.5 一階相變鐵電體的熱滯后效應(yīng) 232
7.3 相變溫區(qū)的電滯回線效應(yīng) 233
7.3.1 鐵電相溫區(qū)的電滯回線原理 233
7.3.2 **臨界區(qū)內(nèi)的原理 236
7.3.3 第二臨界區(qū)內(nèi)的原理 238
7.3.4 電滯回線的束腰原理 240
7.4 一階相變鐵電體的介電常數(shù) 241
7.4.1 介電常數(shù)的基本原理 241
7.4.2 結(jié)果與分析 245
7.5 一階相變鐵電體的儲能效應(yīng) 253
7.6 一階相變鐵電體的電致伸縮效應(yīng) 257
7.6.1 電致伸縮的基本原理 258
7.6.2 理論結(jié)果與分析 261
7.7 一階與二階相變鐵電體的差異.266
7.8 極化強(qiáng)度、電滯回線及介電常數(shù) (教學(xué)型) 267
7.8.1 無電場時(shí)極化強(qiáng)度和介電常數(shù)的溫度關(guān)系 .267
7.8.2 加電場后的自由能能谷 270
7.8.3 加電場后的極化強(qiáng)度 271
7.8.4 電滯回線 272
7.8.5 加電場后的介電移峰效應(yīng) 274
參考文獻(xiàn) 276
第8章 反鐵電體 277
8.1 反鐵電體的基本性質(zhì)278
8.1.1 反鐵電體的基本結(jié)構(gòu)特征 278
8.1.2 反鐵電體的電滯回線特征 278
8.1.3 反鐵電體的介電常數(shù)特征 279
8.2 反鐵電體的唯象理論281
8.3 反鐵電體的極化與介電效應(yīng) 282
8.3.1 反鐵電體的極化 283
8.3.2 反鐵電體的介電常數(shù)原理 292
8.3.3 電滯回線和介電常數(shù)的數(shù)值模擬 292
8.4 反鐵電體的儲能 301
8.4.1 反鐵電體的自由能與過渡區(qū) 302
8.4.2 極化強(qiáng)度與反鐵電體儲能機(jī)理 303
8.4.3 數(shù)值模擬結(jié)果 305
8.4.4 結(jié)論 312
8.5 反鐵電體的熱釋電效應(yīng) 312
8.5.1 反鐵電體熱釋電效應(yīng)的理論 313
8.5.2 數(shù)值模擬結(jié)果 315
8.5.3 討論與總結(jié) 324
8.6 反鐵電體的電致伸縮效應(yīng) 325
8.6.1 反鐵電體電致伸縮的原理 326
8.6.2 數(shù)值模擬結(jié)果 328
8.6.3 討論與總結(jié) 334
參考文獻(xiàn) 336
第9章 弛豫鐵電體.339
9.1 弛豫鐵電體的基本特征 339
9.1.1 弛豫鐵電體的定義與特性 339
9.1.2 弛豫鐵電體的結(jié)構(gòu) 346
9.1.3 與一階相變鐵電體的關(guān)聯(lián)性 347
9.1.4 現(xiàn)代測試方法 348
9.1.5 弛豫鐵電體的應(yīng)用 350
9.2 弛豫鐵電體的基本理論 350
9.2.1 成分起伏理論 350
9.2.2 平均場理論 351
9.2.3 宏疇-微疇理論 353
9.2.4 超順電與偶極玻璃模型 353
9.2.5 其他模型 354
9.2.6 總結(jié) 355
9.3 弛豫鐵電體的偏態(tài)分布 356
9.3.1 高斯分布 357
9.3.2 偏態(tài)高斯分布函數(shù)的介電常數(shù) 357
9.3.3 偏態(tài)分布函數(shù)介電常數(shù)的擬合結(jié)果 359
9.4 弛豫鐵電體的冪律分布理論 360
9.4.1 冪律分布函數(shù) 360
9.4.2 冪律的實(shí)介電常數(shù) 361
9.4.3 彌散型的介電常數(shù) 363
9.4.4 與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較 364
參考文獻(xiàn) 368
第10章 鐵電體的復(fù)合特性與多鐵性 370
10.1 鐵電復(fù)合材料的介電性 370
10.1.1 復(fù)合材料的連通方式 371
10.1.2 線性極性介質(zhì)的介電常數(shù) 372
10.1.3 二元物質(zhì)的不同混合程度對電容率影響的立方模型 376
10.1.4 復(fù)合介質(zhì)的構(gòu)建規(guī)則 379
10.1.5 無直流電場時(shí)復(fù)合介質(zhì)的介電常數(shù) 381
10.1.6 外加直流電場的介電常數(shù) 382
10.1.7 立方核殼晶粒模型的分布介電常數(shù) 384
10.2 鐵性相變與多鐵性 390
10.2.1 鐵性及其唯象理論 390
10.2.2 多鐵性 396
參考文獻(xiàn) 407
附錄 A 鐵電晶體的晶系與分類 409
附錄 B 鐵磁和鐵電回線的傳統(tǒng)解釋 412