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鐵電體的電致伸縮效應(yīng)

更新時間:2020-07-21      點擊次數(shù):3663

       電致伸縮效應(yīng)是指介電體在電場作用下,由誘導(dǎo)極化而引起的形變。試驗表明,當外電場較大時,誘導(dǎo)極化所引起的應(yīng)變與極化強度的平方成正比,它是一種平方效應(yīng)。電致伸縮效應(yīng)的形變與外電場的方向無關(guān)。

  前已述及,逆壓電效應(yīng)只產(chǎn)生于壓電體,形變與外電場呈線性關(guān)系,而且隨外電場反向而改變符號。所以,電致伸縮效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)有著明顯的差異,這二者之間不能混淆。由熱力學(xué)關(guān)系,可以得到鐵電體的電致伸縮方程為

 

式中,SPij為極化強度恒定時的彈性柔順系數(shù);Qimn為電致伸縮常數(shù),它是一個四階張量;βTmn為自由介電隔離率,它是對稱二階張量;表示介電體的電場隨電位移矢量變化的系數(shù),即

 

弛豫型(或擴散型相變)鐵電體具有很高的電致伸縮效應(yīng),在外電場誘導(dǎo)下形成的應(yīng)變x(△l/l)與電場E(或極化P)之間的關(guān)系可簡單地表示為x=ME2(或QP2),Q(或M)為電致伸縮系數(shù),亦可用x=QC2來表達,其中C為居里一外斯常數(shù)。盡管弛豫鐵電體具有較小的電致伸縮系數(shù)Q值,但具有很高的介電常數(shù),可以達到104以上,遠大于一般常用的PZT和BaTiO3基壓電陶瓷,且隨溫度的變化比較平緩。在介電常數(shù)的極值溫度上下,只需施加不大的電場,便能誘發(fā)出很高的極化強度,其值接近材料所固有的自發(fā)極化強度,然而當電場去除后,材料卻不像正常鐵電體那樣仍存在剩余極化,因而也沒有壓電效應(yīng)。注意到鐵電體本身由于結(jié)構(gòu)方面的特征,自發(fā)地處在高度極化狀態(tài),極化強度值要比普通電介質(zhì)在接近于擊穿電場下的數(shù)值高得多。而電致伸縮應(yīng)變是和材料極化強度的平方成正比的,這就是弛豫型鐵電體有很高的電致伸縮效應(yīng)的原因。例如,以鈮鎂酸鉛為代表的一大類弛豫型鐵電陶瓷在相當寬的溫度范圍內(nèi)具有很大的電致伸縮效應(yīng),應(yīng)變量可達10-3以上,如圖為該材料的應(yīng)變電場曲線。

 

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