电滞回线

材料物理专业术语

在较强的交变电场作用下，铁电体的极化强度P随外电场呈非线性变化，而且在一定的温度范围内，P表现为电场E的双值函数，呈现出滞后现象，这个P-E（或D-E）回线被称为电滞回线。

形成原理

在外加电场的作用下，铁电晶体在出现自发极化时，退极化场和应变将会伴随着极化产生。晶体为保持稳定地极化，就会划分成很多小区域，各个小区域里的电偶极子沿相同的方向，但电偶极子在不同小区域里却是不同的取向，这些小区域被称为电畴，畴的间界称为畴壁。晶体的应变能及静电能由于电畴的出现而变小，而畴壁能却因为畴壁的存在而出现。电畴的稳定性由总自由能取极小值来决定，可通过了解电畴结构而更好的理解极化反转的机理。随着外加电场的变化，铁电体的极化强度会发生相应地变化，在外加电场强度较大时，极化强度与电场强度之间的变化规律呈非线性关系。在电场的不断作用下，新畴成核并逐渐长大，畴壁转动，因而出现极化转向。

图1给出电滞回线的形成原理，在外加很弱的电场时，极化强度与电场呈现线性关系，而这时可逆的畴壁转动占据主导地位。随着电场强度的增加，引发新畴成核，造成畴壁运动变为不可逆的。当电场强度增加到一定值的的时候，趋于极化饱和状态。此时，若电场强度进一步增加，因为感应极化的增加，总的极化强度仍然会随之变大，在图1中的表示为BC段。反之，若随着饱和后的电场强度的降低，极化曲线却不会与增长时的曲线重合，而是表现为图1中BD段，将继续减小。铁电体在极化强度和外电场的关系上也存在相似的曲线形态，因此将铁电体的这种行为曲线叫做电滞回线。

影响因素

如图2所示，一切处于铁电态的陶瓷材料都有电滞回线，只是电滞回线的形状有长短宽窄之分。电滞回线面积通常与铁电介质的损耗成正比，该能量损耗用来克服自发极化改变方向和克服杂质、晶界等缺陷对畴壁运动所产生的“摩擦阻力”。因此，对于结构完整的单晶，因介电损耗小而使电滞回线较窄；对于存在缺陷和应力复杂的多晶陶瓷体，则电滞回线较宽。

电滞回线能够比较直观的反应最大极化强度、剩余极化强度、矫顽电场等值的大小，并且能够根据电滞回线积分计算得出该材料的储能密度。

测量方法

测量电滞回线的方法很多，其中应用最广泛的是 Sawyer-Tower方法，它是一种建立较早，已被大家广泛接受的非线性器件的测量方法，仍然是用来判断测试结果是否可靠的一个对比标准。图3给出改进的 Sawyer-Tower方法的测试原理示意图，它将待测器件与一个标准感应电容Co串联，测量待测样品上的电压降(V2V1)。其中标准电容C的电容量远大于试样Cx，因此加到示波器x偏向屏上的电压和加在试样C2上的电压非常接近;而加到示波管y偏向屏上的电压则与试样C3两端的电荷成正比。因此可以得到铁电样品表面电荷随电压的变化关系，分别除以电极面积和样品厚度即可得到极化强度P与电场强度E之间的关系曲线。

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