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鐵電分板儀在材料分析中的重大意義

閱讀:245      發(fā)布時間:2024-4-16
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  鐵電性是材料科學里面的一個常見的概念,它是指在一些電介質晶體中,晶胞的結構使正負電荷中心不重合而出現(xiàn)電偶極矩,產(chǎn)生不等于零的電極化強度,使晶體具有自發(fā)極化,且電偶極矩方向可以因外電場而改變,呈現(xiàn)出類似于鐵磁體的特點,晶體的這種性質叫鐵電性。什么是自發(fā)極化呢?每個晶胞中原子的構型使正負電荷重心沿該方向發(fā)生相對位移從而使得晶體的單位晶胞內正負電荷中心不重合,形成偶極矩,從而會呈現(xiàn)出極性。而晶體構造的周期性和重復性,晶胞的固有電矩便會沿著同一方向排列整齊,使得晶體處于高度的極化狀態(tài),由于這種極化狀態(tài)是在外電場為零時自發(fā)地建立起來的,因此稱為自發(fā)極化。鐵電性由法國的Valasek于1920年在羅息鹽晶體中被發(fā)現(xiàn)。從那時起,許多有機和無機鐵電材料被陸續(xù)發(fā)現(xiàn)[1]。
 
  鐵電材料具有自發(fā)極化,并且在外加電場作用下能夠誘導極化翻轉的特性。鐵電材料是指具有鐵電效應的一類材料,由于其往往具有鐵電特性、壓電特性、電光特性,所以鐵電材料的應用研究已經(jīng)成為了學術界和工業(yè)界的研究熱點。松山湖材料實驗材料制備與表征平臺經(jīng)過多年的建設發(fā)展,具有多款儀器可用于表征證明材料的鐵電特性。有鐵電分析儀(TF analyzer)、半導體參數(shù)分析儀(Keysight B1500)和壓力電力顯微鏡(PFM)、掃描阻抗顯微鏡(SCM)、導電原子力顯微鏡(C-AFM)等。小編將結合研究論文逐步介紹其在鐵電材料表征的具體運用。
 
  儀器介紹:北京華測試驗儀器公司生產(chǎn)的TF  3000鐵電分析儀是一款可表征鐵電薄膜材料和塊體、壓電塊體材料的各類參數(shù)測量儀器。該儀器為模塊化設計,不同的模塊對應不同的點特性測試方式。鐵電分析儀具有動態(tài)電滯回線(Dynamic Hysteresis);脈沖測試(PUND);疲勞測Fatigue試(FM);保持力Retention (RM);漏電流測試Leakage current (LM)、電致應變測試(d33)等多種功能。
 
  鐵電表征原理:鐵電分析儀是一款專業(yè)用于分析表征鐵電材料特性的儀器,其通過對試樣表面施加階躍電壓時的電流、電容、電荷響應獲取到材料的極化強度等參量,進而獲取到鐵電材料動態(tài)電滯回線(Dynamic Hysteresis) 。
 
  鐵電材料的電滯回線表征其在外加電場作用下,極化強度P與電場E的非線性關系。如圖1所示,隨著電場增大,極化強度P沿曲線OA非線性增大。電場繼續(xù)增大,極化強度P沿曲線BC緩慢變化并趨于飽和。BC的切線與P軸的交點即為飽和極化強度,也是無電場下的自發(fā)極化強度,記為Ps。當電場撤去后,極化P不會沿原來的曲線減小為0,而是保持一個極化量,稱為剩余極化強度Pc。要使極化減小為0,則需要增加一個反向電場,此時的電場強度稱為矯頑電場Ec。繼續(xù)增大反向電場,極化反向并增大至趨于飽和,如此循環(huán)便得到電滯回線。電滯回線是鐵電體一個非常重要的特征,對它進行測定,可以得到鐵電體自發(fā)極化強度Ps、剩余極化強度Pc、矯頑電場Ec等重要的參數(shù)。
 
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