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鐵電體的電致伸縮效應(yīng)

閱讀：3829 發(fā)布時間：2020/7/21

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(yàn)表明，當(dāng)外電場較大時，誘導(dǎo)極化所引起的應(yīng)變與極化強(qiáng)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，S^P_ij為極化強(qiáng)度恒定時的彈性柔順系數(shù)；Q_imn為電致伸縮常數(shù)，它是一個四階張量；β^T_mn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(kuò)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(dá)，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(dá)到10⁴以上，遠(yuǎn)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(qiáng)度，其值接近材料所固有的自發(fā)極化強(qiáng)度，然而當(dāng)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(qiáng)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(qiáng)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(dāng)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(dá)10^-3以上，如圖為該材料的應(yīng)變電場曲線。