多铁性复合材料的制备与性能研究(2)
参考文献 27
第一章 文献综述
1.1 引言
拥有钙钛矿结构的氧化物有着十分优异的物理性质，这也吸引着科研工作者不断对这方面进行探索。例如拥有钙钛矿结构的氧化物所具有的铁电性、压电以及电化学方面的性能，使它们在工业方面得到了很多运用。另外，要使该类物质具备更好的性能，可以将某种单一的元素或者多种不同的元素掺杂入钙钛矿结构的空位中，从而改变其物理或者化学性质。
钙钛矿结构的物质有着很多潜在的应用，在未来的很多科研方面，也可以预见会有很大应用，例如现在传感器，记忆元件，电光调制器等设备上，钙钛矿结构的物质已经很大程度上应用在上面。同时具备铁电性能以及铁磁性能的材料往往被称作是多铁性材料，因为其潜在应用价值以及其在未来的可预见的广泛的应用前景，这种材料在近几年越来越受到材料学科学领域方面科员人员的重视[1-3]。然而，在大自然中尤其在常温下，多铁性材料是十分罕见的[4-5]。BaTiO3是一种最常见而且比较经典的铁电材料，它具有典型的钙钛矿结构[6-10]，因为它具备很高的介电性能，所以BaTiO3被广泛地运用在制备各种电容器上。并且在很多电子元件上也被大量运用。对于BaTiO3陶瓷材料，材料学领域的科研人员已经对其开展了很多科学研究。通过近些年的不断研究，科研工作者发现，BaTiO3陶瓷材料晶体中的A位和B位均能较容易地实现掺杂元素，也正因如此，BaTiO3陶瓷材料可以通过掺杂入某种单一的元素或者多种不同的元素[11-14]，从而很大程度上改善其介电性能。一般情况下，BaTiO3陶瓷材料的A(Ba)位，比较容易掺杂入离子半径较大的金属离子，而BaTiO3陶瓷材料的B(Ti)位比较容易掺杂入离子半径较小的金属离子。按一般情况来看，只要金属离子掺杂入BaTiO3陶瓷材料晶体中，无论是单一的元素或者多种不同的元素的金属离子，BaTiO3陶瓷材料的铁电性能都会得到不同程度的影响与改变。也正因如此，BaTiO3陶瓷材料在材料学领域拥有了电子陶瓷支柱[15]的称号。
在日常生活中及工业生产中，拥有其他结构的陶瓷材料虽然应用也十分广泛，但是这些陶瓷材料中大多还有铅，对人体健康和自然环境的有着很大的危害。如今国家对于环境污染问题以及关乎国民身体健康的民生问题越来越重视，研究出新型的环保型材料已经成为了迫在眉睫的需求。因此，BaTiO3陶瓷材料作为一种典型的铁电材料，不含铅，新型环保，必将会在未来的工业生产领域，陶瓷材料领域以及环保领域中发挥很大的作用。
1.2 电学性能
1.2.1 铁电材料与压电材料
铁电材料是一种目前越来越普遍的功能材料，1920 年，法国人瓦拉塞克第一个在酒石酸钾钠中发现了铁电材料。 在接下来的时间中，人们相继发现BaTiO3陶瓷拥有钙钛矿结构，是一种优良的铁电材料，压电效应、电致伸缩效应、介电性质、热电效应等物性使铁电材料在压电换能、信息存储、电声换能等领域被广泛使用[16]。
某种材料具有铁电性是指该材料在没有外加电场的条件下，就能够发生自发极化，并且能够发生多个取向的自发极化，并且在外界温度或者外加电场发生变化时，自发极化的取向也可以随之发生改变。当外加电场比较强时，外加电场和自发极化之间是一种非线性关系。电场强度E使极化矢量P随之产生变化的曲线被称作电滞回线，该曲线是铁电材料的一个重要特征，也是评判某种材料是否为铁电材料的一个重要标准[17]。
铁电材料要发生自发极化现象需要特定的温度范围，当外界温度超过这个温度范围时，该材料的晶体结构会发生变化，正负离子的中心发生重合，自发极化现象会消失，铁电体就会因此变成顺电体，这种转变被称为铁电相变，该温度被称为居里温度（Tc）。而铁电材料的力学，电学，光学以及热学性质等在居里温度附近会表现出异常现象，铁电材料的这种性质被称为临界特性。