反铁电体

自发极化强度为零，无电滞回线的材料

反铁电体在一定温度范围内相邻离子联线上的偶极子呈反平行排列，宏观上自发极化强度为零，无电滞回线的材料。在一定温度范围内相邻离子联线上的偶极子呈反平行排列，宏观上自发极化强度为零，无电滞回线的材料，称为反铁电体。在外电场、热应力诱导下反铁电相将向铁电相转变，呈现双电滞回线。

产品类型

物体在转变温度以下，邻近的晶胞彼此沿反平行方向自发极化，这种性质被称为反铁电性，具有反铁电性的材料统称为反铁电体。典型的反铁电体材料锆酸铅（PbZrO3），具有钙钛矿型结构。反铁电体除了PbZrO3外，还有NH4H2PO4（ADP）型（包括NH4H2AsO4、氘代盐等）、（NH4）2SO4型（包括NH4HSO4、NH4LiSO4等）、（NH4）2H3O6型（包括Ag2H3O6、氘代盐等）、钙钛矿型（NaNbO3、PbHfO3、Pb（M91/2 W1/2）O3、Pb（Yb1/2Nb1/2）O3等）、RbNO3等，其中具有较大应用价研究较多的反铁电体是锆酸铅。

产品特点

反铁电晶体主要应用的是改性了的锆钛酸铅Pb(Zr1-xTix)O3陶瓷。它们随温度变化而发生相变，高温时往往是顺电相，在相变温度下则变成对称性比较低的反铁电相，介电常数出现反常值。在相变温度以上介电常数与温度关系服从居里-外斯定律。在电场强迫作用下可使其向铁电相转变，随着这个转变可出现较大的应变。电场与极化强度关系呈现出双滞后回线特性。制作上与铁电陶瓷类似，在饱和水溶液中放入籽晶后成长得到。控制好生长条件和溶液的pH值以及杂质等即可得到高质量的大晶体。应用上，一是利用反铁电墩电相变时的电位移与电场强度的非线性关系制作高贮能电容器和高压、小型、轻量的电压调节元件；二是利用反铁电嵌电相变时的体积变化制作高密度能量的换能器等。

微观结构

反铁电体的特征是具有双电滞回线。线性介质的微观结构是没有自发极化。而铁电介质微观结构是具有很强的自发极化。从低电压时的线性特征来看，似乎反铁电体的微观结构没有自发极化，但在高电压时又呈现很强的非线性来看，其微观结构又应存在很强的自发极化。对PbZrO3晶体的微观结构进行深人的研究，解决了这个问题。PbZrO3的居里温度T=230℃，高于居里温度时，它为理想的立方相钙钛矿型结构。低于居里温度时它为反铁电体。反铁电PbZrO3晶体有二种反铁电态存在，一种具有斜方对称的结构；另一种是具有四方对称的结构。通常只有四方结构的反铁电态能发生强迫相变为铁电态。纯的或较纯的PbZrO3在稍低于其居里温度的很窄一段温度区（约几摄氏度）内，才是四方反铁电相，温度在约220℃至室温这一温度区间内，PbZrO3以斜方反铁电相存在，PbZrO3四方反铁电相强迫相变为铁电相的机理比较复杂。

应用原理

用电场强迫法能使稳态的反铁电相转变为暂稳态的铁电相的物理现象，为反铁电体的应用开辟了广阔的前景。如用反铁电陶瓷材料可做高压高功率储能电容器、换能器和非线性元件等。其应用原理如下：反铁电陶瓷在足够大的电场强度作用下，能以稳态的反铁电相转变为暂稳态的铁电相，这是一个储存电能的过程；当电场强度减少或取消电场时，暂稳态的铁电相又变成稳定态的反铁电相，这是一个释放电能的过程（此外应用温度或静压力也可促使其发生相转变）。这就是说，在相变的同时，伴随有电荷的变化，我们可以利用储存电能和释放电能的这一电荷变化过程来制造高压大功率储能电容器，也可以利用这一过程来制作非线性元件。同时，反铁电相和铁电相的转变过程必然伴随有体积的变化，或者说，相变时将引起元件线性尺寸的变化，这一过程又可促成电能和机械能之间的转换，利用这种能量间的转换就可制作反铁电换能器。利用反铁电陶瓷材料制戍的高压、高功率储能电容器具有体积小，重量轻和储能密度高等优点。

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