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1、4.4 反铁电介质陶瓷反铁电介质陶瓷 Antiferroelectrics Antiferroelectrics反反 铁铁 电电 介介 质质 陶陶 瓷瓷 以以 PbZrO3或或 以以PbZrO3为基的固溶体为主晶相为基的固溶体为主晶相1电容器介质陶瓷反铁电体一一 反铁电体的晶体结构反铁电体的晶体结构w 线性介质线性介质的微观结构特征是没有自发极化；的微观结构特征是没有自发极化；w 铁电介质铁电介质微观结构特征是具有微观结构特征是具有很强的自发极化很强的自发极化。A1B1C12电容器介质陶瓷反铁电体w 反铁电体宏观特征：反铁电体宏观特征：具有双电滞回线具有双电滞回线w 低压时低压时:P:P与与E
2、 E呈线性关系呈线性关系w高压时高压时: P: P与与E E呈明显的非线性关系呈明显的非线性关系3电容器介质陶瓷反铁电体居里温度以上为立方相居里温度以上为立方相居里温度以上为立方相居里温度以上为立方相居里温度以下为反铁电相居里温度以下为反铁电相居里温度以下为反铁电相居里温度以下为反铁电相PbZrOPbZrO3 3T Tc c=230=230w 反铁电体微观结构特征：反铁电体微观结构特征：4电容器介质陶瓷反铁电体居里温度以上为立方相居里温度以上为立方相居里温度以上为立方相居里温度以上为立方相（001001）面投影）面投影）面投影）面投影居里温度以下居里温度以下居里温度以下居里温度以下转为反铁电相
3、转为反铁电相转为反铁电相转为反铁电相w反铁电体是这样一些晶体，晶体结构与同型铁电反铁电体是这样一些晶体，晶体结构与同型铁电体相近，但体相近，但相邻离子沿反平行方向产生自发极化相邻离子沿反平行方向产生自发极化w单位晶胞中总的自发极化为零单位晶胞中总的自发极化为零单位晶胞中总的自发极化为零单位晶胞中总的自发极化为零5电容器介质陶瓷反铁电体反铁电体晶格特征：反铁电体晶格特征：w1 离子离子有自发极化有自发极化，以偶极子的形式存在；，以偶极子的形式存在； w2 偶极子偶极子成对的反平行排列成对的反平行排列，且两部分偶极，且两部分偶极子子大小相等，方向相反大小相等，方向相反（P1=-P2），），单位单位
4、晶晶胞中总的自发极化为零。胞中总的自发极化为零。6电容器介质陶瓷反铁电体二二 反铁电介质陶瓷的特性和用途反铁电介质陶瓷的特性和用途反铁电体的宏观反铁电体的宏观特征：特征：具有双电具有双电滞回线滞回线7电容器介质陶瓷反铁电体w 1 1 反铁电介质陶瓷特征反铁电介质陶瓷特征：具有双电滞回线具有双电滞回线E临w EEEE临临:P:P与与E E呈线性关系呈线性关系wE E临临E EE EE E饱和饱和: :线性线性E EE E临临反铁电相被迫转反铁电相被迫转变为铁电相变为铁电相强迫相变强迫相变w电滞回线斜率为介电滞回线斜率为介电系数电系数E饱和8电容器介质陶瓷反铁电体w 反铁电体介电系数和电容量随电场
5、强度反铁电体介电系数和电容量随电场强度的变化规律：的变化规律：w EEEE临临: :定值定值wE E临临EEEE饱和饱和: :先逐先逐渐增大，再逐渐渐增大，再逐渐减低减低wE E饱和饱和E:E:定值定值9电容器介质陶瓷反铁电体反铁电体与铁电体的主要不同：反铁电体与铁电体的主要不同： 当外电场降至零时，反铁电体没有剩余极化，当外电场降至零时，反铁电体没有剩余极化，而铁电体则有剩余极化。而铁电体则有剩余极化。10电容器介质陶瓷反铁电体反铁电体与铁电体反铁电体与铁电体11电容器介质陶瓷反铁电体w 注意：除外电场外，温度注意：除外电场外，温度、压力也能诱导、压力也能诱导反铁电相反铁电相向向铁电相铁电相
6、转变，呈现双电滞回线转变，呈现双电滞回线强迫相变强迫相变12电容器介质陶瓷反铁电体（1）优良的储能材料，利用反铁电相）优良的储能材料，利用反铁电相-铁铁电相的相变可作电相的相变可作储能电容器储能电容器应用；应用； 2 反铁电介质陶瓷用途反铁电介质陶瓷用途（2） 以以PbZrO3 为基的反铁电材料相变为基的反铁电材料相变场强较高，一般为场强较高，一般为40-100KV/cm可用于可用于制作制作高压陶瓷电容器高压陶瓷电容器 ；（3） 反铁电相反铁电相-铁电相的相变形变，可铁电相的相变形变，可作作电电-机换能器，不需要共振频率机换能器，不需要共振频率。 13电容器介质陶瓷反铁电体三三 反铁电陶瓷的组
7、成、性质和生产工艺反铁电陶瓷的组成、性质和生产工艺w反反铁铁电电陶陶瓷瓷由由PbZrOPbZrO3 3或或以以PbZrOPbZrO3 3为为基基的固溶体的固溶体为为主晶相主晶相而组成。而组成。14电容器介质陶瓷反铁电体反铁电体锆酸铅临界电场与温度的关系反铁电体锆酸铅临界电场与温度的关系 KV15电容器介质陶瓷反铁电体w目前反铁电储能陶瓷材料的组成是以目前反铁电储能陶瓷材料的组成是以 Pb（ZrZr，TiTi，SnSn）O O3 3固溶体固溶体为基础的，为基础的，用用LaLa3+3+替代部分替代部分Pb2+2+，以及用，以及用NbNb5+5+替代部替代部分分（ZrZr，TiTi，SnSn）2+2+，获得两个系列的材，获得两个系列的材料，供实际应用。料，供实际应用。16电容器介质陶瓷反铁电体
