35、铁电晶体的相转变与铁电发电机设计解析

铁电晶体的相转变与铁电发电机设计解析

1. 铁电材料的基础特性

1.1 晶界与织构

铁电材料中存在低角度和高角度的倾斜或扭转晶界。在低角度晶界处，畴结构可能是连续的，就像在某些图像中可以清晰看到条纹从一个晶粒延伸到另一个晶粒。陶瓷材料的织构是衡量其晶体学轴与全局坐标系对齐程度的指标，其范围可以从完全随机的织构（晶粒随机取向）到接近单晶的织构（晶粒排列良好），并且可以通过模板晶粒生长等加工技术来控制，这可能为提高铁电发电机的能量密度提供途径。

1.2 PZT 材料的特性

PZT（锆钛酸铅）有众多的成分组合，再加上各种可能的掺杂剂的影响，导致其材料行为具有广泛的可能性。受主掺杂的准同型相界成分被称为硬 PZT，由于电荷迁移和氧空位的迁移，硬 PZT 往往具有较低的电阻率，这些带电缺陷倾向于迁移到钉扎畴壁的位置。而施主掺杂的准同型相界成分则具有氧空位电荷补偿的缺陷结构，这导致其具有非常高的电阻率和相对可移动的畴壁。即使是远离准同型相界的成分，也会表现出一些上述特性。

2. 不同类型 PZT 材料的特性

2.1 PLZT 8/65/35（软菱形铁电体）

• 基本特性 ：热等静压镧掺杂的 PLZT 8/65/35 是一种透明陶瓷（无孔隙），表现出弛豫体行为，即没有明显的居里点，其介电常数随温度变化的曲线呈现宽峰，室温下的特性代表了软 PZT 的特性。
• 应变 - 电场特性 ：应变/电场滞后回线呈对称的蝴蝶形状，横向应变约为纵向应变的 0.5 倍。纵向应变 - 电场曲线在零场处的斜率是大场压