文 献 综 述

1.1 压电材料、铁电、反铁电材料的概念

1.1.1 压电材料

压电材料是受到压力作用时会在两端面间出现电压的晶体材料。1880年，法国物理学家P.居里和J.居里兄弟发现，把重物放在石英晶体上，晶体某些表面会产生电荷，电荷量与压力成比例。这一现象被称为压电效应。

压电效应的机理是：具有压电性的晶体对称性较低，当受到外力作用发生形变时，晶胞中正负离子的相对位移使正负电荷中心不再重合，导致晶体发生宏观极化，而晶体表面电荷面密度等于极化强度在表面法向上的投影，所以压电材料受压力作用形变时两端面会出现异号电荷。反之，压电材料在电场中发生极化时，会因电荷中心的位移导致材料变形。

压电材料可以因机械变形产生电场，也可以因电场作用产生机械变形，这种固有的机-电耦合效应使得压电材料在工程中得到了广泛的应用。例如，压电材料已被用来制作智能结构，此类结构除具有自承载能力外,还具有自诊断性、自适应性和自修复性等功能，在未来的飞行器设计中占有重要的地位。

1.1.2 铁电材料

许多压电材料都是铁电晶体。铁电材料是热释电材料中的一类，其特点是在一定温度内，不仅能够发生自发极化，且极化方向能够随电场的反向而反向。在一定温度范围内，单位晶胞会形成偶极矩。而晶体是晶胞的周期性重复和叠加，所以每个晶胞的偶极矩就会定向排列，使整个晶体偶极矩都沿着一定方向从而产生极性，这种极化方式就叫做自发极化。自发极化是在电场为零时晶体本身的性质，但是当施加一个反的电场后，极化方向也会随着电场方向变为反向，这个过程中极化和电场之间会有一个滞后，从而形成一个电滞回线，这种晶体的特性就叫做铁电性。具有铁电性的材料称为铁电材料。

自发极化应沿着某一个n次轴方向或躺在m面内，当发生铁电相变时，由于对称性的破缺，自发极化有两个或者多个可能的取向，在电场的作用下，其取向可以择优排列^[1,2]。电滞回线和居里温度是铁电体的两个宏观特征^[3]。

图1 铁电材料的电滞回线、畴转变和电致应变曲线