33、铁电晶体中的相变：原理、机制与驱动力

铁电晶体中的相变：原理、机制与驱动力

1. 相图概述

相图描绘了在零应力和零电场条件下的平衡晶体结构。以PZT（锆钛酸铅）的相图为例，在高温时呈现顺电立方（PC）相；在富锆酸铅的成分中，存在高温菱方相FR(HT)和低温菱方相FR(LT)；在低温且锆酸铅含量极高的成分中，有反铁电相（AR）；富钛酸铅的成分则呈现四方相（FT）；而四方相和菱方相之间由准同型相界（MPB）分隔。许多商用PZT成分都在MPB附近配制，这些成分往往具有增强的压电和介电性能。

各晶体结构可视为高温立方相的微小畸变。为定义结构，在立方晶胞中心建立笛卡尔坐标系，坐标轴穿过每个面的中心。晶体学方向常用米勒指数定义，其中h、k和l为整数，[hkl]表示晶体结构中的特定方向，⟨hkl⟩表示这类方向的族。(hkl)表示特定的晶体学平面，{hkl}表示平行晶体学平面族。

应力和电场不仅为从一个晶体变体到另一个变体的转变（畴切换）提供驱动力，也分别为涉及应变或极化变化的相变提供驱动力。例如，静水压力在从初始相到新相体积减小时驱动相变。在FR(LT)边界菱方相一侧的低温菱方相体积比相邻的反铁电相大，因此压应力为铁电 - 反铁电相变提供驱动力。又如，处于平衡相图中菱方或四方铁电相上方立方相的材料，电场通过诱导极化提供向铁电相转变的驱动力。

初始相	过程	新相	应变变化	极化变化	驱动力
FR(LT)