1、铁电、反铁电材料的概念

1.1 铁电材料

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，但是当施加一个反向的电场后，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。铁电材料就是指在一定温度范围内，能够发生自发极化，且极化方向能够随电场的反向而反向的材料，即具有铁电性的材料。

一般情况下，一个铁电材料的自发极化的极化方向不是单一的，而是形成几个不同极化方向的区域，我们将具有相同极化方向的一块区域叫做铁电畴。两个不同的铁电畴之间的界壁叫做畴壁。在电场为零的情况下，这些铁电畴无序排布，不会产生净极化强度。但是施加一个电场后，相同方向的畴就会发生扩张，不同方向的畴就会收缩，从而产生净极化强度。

图1 铁电材料的电滞回线、畴转变和电致应变曲线

铁电陶瓷材料是目前比较热门的铁电材料，其极化强度和电场强度之间有明显的滞后，形成了典型的电滞回线，如图1所示。我们发现对于铁电体电滞回线的解码是切实可行的，可以建立起对材料性能和结构的理解[1]。比如，图1中Ps为无电场时每个单畴的自发极化强度；Pr为剩余极化强度；Ec为矫顽场强。当外加电场开始作用于未极化的样品时，其极化强度按曲线OABC增加。但是，当使电场强度下降并回到零时，在样品上会产生剩余极化强度Pr。欲使剩余极化强度Pr减少到零，就必须在相反的方向上施加矫顽电场Ec。而增加反方向上的电场又会引起反方向的极化，于是形成了如图所示的整个电滞回线。回线所包围的面积就是极化强度反转两次所需的能量。

这种铁电材料在温度比较高时自发极化会消失，此时的温度叫做居里温度或者居里点Tc，材料具有较高的居里点会扩大产品的使用温度范围，这也是人们所研究的一个重要方向。

1.2 反铁电材料

直到1951年美国物理学家C. Kittle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[2]，人们才慢慢开始了解这种特殊的材料，并且不断地探索反铁电体的机理和发展方向，反铁电材料逐步走进了我们的生活。

反铁电材料也叫反铁电体，是指具有反铁电性的材料。当施加一定的电场强度时，两个相邻晶胞产生反平行的电偶极子而成为子晶格，两者构成一个新的晶胞。因此，晶胞的体积增大一倍，其自由能与该晶体的铁电态自由能很接近，因而在外加电场作用下，它可由反铁电相转变到铁电相，故可观察到双电滞回线，如图2所示，这种性质称为反铁电性。