文 献 综 述

1.研究背景

随着材料科学的快速发展，铁电材料的新性能、新应用得以认可和发展，铁电材料在现代科学技术中的地位也日益提高。铁电陶瓷作为一类功能材料其应用已遍及人类日常生活及生产的各个角落，尤其在储能、应变制动器及信息的检测、转换、处理等技术领域占有极其重要的地位。近几十年来，已研制生产出能满足不同应用领域的铁电陶瓷和器件，具有其它如压电陶瓷和半导体器件所不可替代的地位。

传统的铁电陶瓷主要是以含铅的锆钛酸铅（PZT）系材料为主，其中氧化铅或四氧化三铅约占原材料总重量的70%。氧化铅是一种挥发性有毒物质，在生产、使用和处理过程中可能对人类和生态环境造成损害。PbO的挥发也会造成陶瓷中的化学计量比的偏离，降低产品的一致性和重复性，需要密封烧结，使成本提高。

为了保护人类及其生存的环境，各国政府正希望通过立法来减少和限制铅污染。日本、欧盟等很多发达国家开始立法禁止使用含铅铁电压电材料^[1]。因此开发无铅铁电陶瓷材料是一件迫在眉睫的事情，并且意义深远。

2.铁电陶瓷材料

在某个温度范围内，晶体具有自发极化强度的同时，其自发极化的方向也可以随着外加电场方向的改变而重新取向，这类晶体称为铁电体^[2]。铁电陶瓷(ferroelectric ceramics)，主晶相为铁电体的陶瓷材料。它的主要特性为：在一定温度范围内存在自发极化，当高于某一居里温度时，自发极化消失，铁电相变为顺电相；存在电畴；发生极化状态改变时，其介电常数-温度特性发生显著变化，出现峰值，并服从Curie-Weiss定律；极化强度随外加电场强度而变化，形成电滞回线；介电常数随外加电场呈非线性变化；在电场作用下产生电致伸缩或场致应变。

常见的铁电陶瓷多属钙钛矿型结构，如钛酸钡陶瓷(BaTiO3)及其固溶体，也有钨青铜型、含铋层状化合物和烧绿石型等结构。利用铁电陶瓷的高介电常数可制作大容量的陶瓷电容器；利用其压电性可制作各种压电器件；利用其热释电性可制作红外探测器；通过适当工艺制成的透明铁电陶瓷具有电控光特性，利用它可制作存贮，显示或开关用的电控光特性。通过物理或化学方法制备的PZT、PLZT等铁电薄膜，在电光器件、非挥发性铁电存储器件等有重要用途。

3.铁电-反铁电体的基本理论

第一个提出反铁电体概念的人是日本物理学家高木豊，其在1950 年 11 月在大阪大学物理学会的一次演讲中提出反铁电体这一新的概念^[3]。951年，美国物理学家C. Kittle 经过分析晶体离子自发电偶极矩排列的可能方式提出了反铁电体的概念。 1952 年美国物理学家 C. Kittle 发表《反铁电晶体理论》，文章从宏观唯象理论出发提出反铁电性的概念，并预言了反铁电体的存在及其所具备的一些基本特征^[4]。