自发极化的产生
钙钛矿型压电陶瓷,T<Tc才具有压电效应。钙钛矿型晶体
:T>Tc,立方晶系(a=b=c),T<Tc,四方晶系(a=b<c)。
宏观上的压电效应与微观的内部结构:密切关系
压电效应是由其内部结构所决定的。以BaTiO3为例: T>Tc ,晶胞为立方体,
正电荷中心:Ba2+、Ti4+的对称中心,位于立方体中心;
负电荷中心:O2-的对称中心,也位于立方体中心。
正、负电荷的中心是重合的,不出现电极化,如图2.2-1(a)所示,
BaTiO3的氧八面体中间的空隙大于Ti4+的体积,
→Ti4+有可能偏离
但立方体晶胞对称性很高,所以Ti4+在立方体内上、下、左、右、前、后六个方向偏离其中心的机会相同,对中心偏离的平均结果为零。因此,正、负电荷的中心仍是重合的,不出现电极化。
T<Tc
,立方→四方,a=b<c,Ti4+沿c轴方向偏离其中心位置的机会远大于其沿a轴或b轴方向偏离的机会,晶胞在c轴方向就产生了正、负电荷的中心不重合,如图2.2-1(b)所示。
晶胞出现了电极化。极化方向从负电荷中心指向正电荷中心。
这种极化不是外加电场产生的,而是晶体的内因产生的,故称为自发极化。
自发极化的进一步解释,微观理论模型
(1)钛离子有多个平衡位置, T<Tc时它占据某个平衡位置的几率大得多,因而出现自发极化;
(2)Ti4+和O2-之间存在着很强的互相作用场,因而产生极化;
(3)由于价键键性质的改变(即共价性增强,离子性减弱)所致。
(4)晶格动力学柔软化光学模型论以及统计理论
值得注意:虽然BaTiO3中自发极化的出现与Ti4+在c轴方向的位移有着密切关系,
X射线及中子衍射实验:位移
Ti4+:0.12Å;O2-: -0.03Å,Ba2+ : 0.06Å
Ti4+位移大得多, 但不能认为自发极化的产生仅是Ti4+位移的结果,其它离子也起着重要的作用http://hiphotos.baidu.com/200530241061/pic/item/e3e3d4f3a2f416eb0b46e029.jpg