鐵電體

鐵電體是指具有鐵電性的材料。鐵電體在壓電、介電、熱釋電和電致伸縮等方面有許多應用。具有鐵電性的材料種類很多，有單晶、多晶、無機和有機等。鈦酸鋇、鈦酸鉛、鈮酸鉀等是典型的鐵電體 ^[1]  。

某些晶體在一定的温度範圍內具有自發極化，而且其自發極化方向可以因外電場方向的反向而反向，晶體的這種性質稱為鐵電性，具有鐵電性的晶體稱為鐵電體。它之所以稱為鐵電體，是因為它與鐵磁體在許多物理性質上有一一對應之處，如電滯回線對應磁滯回線，電疇對應磁疇，順電-鐵電相變對應順磁-鐵磁相變、電矩對應磁矩等等，而並非晶體中一定含有“鐵”。至於一種晶體是否是鐵電體，我們並不能根據其內部結構的對稱性來預測，只能通過實驗來測定。鐵電體的重要特徵之一是具有電滯回線，電滯回線的存在是判定晶體為鐵電體的重要根據。

1655年，法國 La Rochelle 地方的藥劑師 Pierre de la Seignette 最早製造出了酒石酸鉀鈉，這種晶體後來被稱作為 RS（羅息）鹽。和磁性現象的類比，把 Seignette 電性稱為鐵電性，而具有鐵電性的物體被稱為 Seignette 體或鐵電體 ^[1]  。

鐵電體的分佈很廣，日前已知具有鐵電性的晶體多達上千種。它們廣泛地分佈於從立方晶系到單斜晶系的10個點羣中。

1.雙氧化物鐵電體

這是一類最重要的鐵電體，均具有氧八面體的結構特徵。按不同的結構有課分成下列五族。

（1）鈣鈦礦型結構

（2）鎢青銅型結構

（3）鈮酸鋰型結構

（4）燒綠石型結構

（5）含鉍層狀結構

2.非氧化物鐵電體

這是一類不含氧的無機鐵電體。

3.氫鍵鐵電體

這類鐵電體的共同特點是包含O-H-O或N-H-O形成的氫鍵，為水溶性晶體。

1.在順電相沒有中心對稱的晶體

它們在順電相雖無鐵電性，但因為沒有對稱中心，因此具有壓電性，如 RS 鹽。

2.在順電相有中心對稱的晶體

它們的順電相由於存在對稱中心，故無壓電性，如鈦酸鋇類晶體。

1.只有一根極性軸的鐵電體，如 硫酸銨晶體。

2. 可有有多根極性軸的鐵電體，如鈦酸鋇類晶體。

1. “軟”性鐵電體

這一類鐵電體的特點是可溶於水，力學性質軟，居里温度低，具有較低的熔化温度或分解温度，如磷酸二氫鉀類晶體。

2. “硬”性鐵電體

其特徵是不溶於水，力學性質硬，居里温度高，熔化温度高等，如雙氧化物鐵電體晶體。

1. 位移型鐵電體

這類晶體由順電相到鐵電相得相轉變與離子的位移緊密相聯繫。

2. 有序-無序鐵電體

這類晶體的順電-鐵電相變是同晶體中氫離子的有序化相聯繫，主要是包括有氫鍵的晶體。

1. 居里-外斯常數 c 為10⁵ 數量級的鐵電體，這類鐵電體的相轉變機構屬於位移型，如鈦酸鋇類鐵電體。

2. c 為10³ 數量級的鐵電體，這類鐵電體的微觀相變機構屬於有序-無序型，如磷酸二氫鉀他的晶體。

3. c 為10 數量級的鐵電體，如硫酸銨晶體 ^[2]  。

Ehrenfest 首先提出了相變級的廣義定義：n 級相變是這樣一種相變，即其吉布斯自由能G的 (n－1) 階導數在相變温度是連續的，而其 n 階導數在相變温度是不連續的。

根據壓電熱力學方程，可以知道：在一級相變中，熵 S 、應變 x 、極化強度 P 在居里點 Tc 處的變化是不連續的；在二級相變中，熵 S 、應變 x 、極化強度 P 在居里點 Tc 處的變化是連續的，而比熱 C 、熱膨脹係數 α 、熱釋電係數 p 在 Tc 處是不連續的 ^[3]  。