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鐵電薄膜鐵電性能測(cè)試及相關(guān)測(cè)試設(shè)備

一、鐵電性能簡(jiǎn)介：

鐵電體:在一定溫度范圍內(nèi)存在自發(fā)極化,自發(fā)極化具有兩個(gè)或多個(gè)可能的取向,其取向可能隨電場(chǎng)而轉(zhuǎn)向.鐵電體并不含“鐵",只是它與鐵磁體具有磁滯回線相類(lèi)似，具有電滯回線，因而稱(chēng)為鐵電體。在某一溫度以上，它為順電相，無(wú)鐵電性，其介電常數(shù)服從居里-外斯（Curit-Weiss）定律。

鐵電相與順電相之間的轉(zhuǎn)變通常稱(chēng)為鐵電相變，該溫度稱(chēng)為居里溫度或居里點(diǎn)Tc。鐵電體即使在沒(méi)有外界電場(chǎng)作用下，內(nèi)部也會(huì)出現(xiàn)極化，這種極化稱(chēng)為自發(fā)極化。自發(fā)極化的出現(xiàn)是與這一類(lèi)材料的晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)的。晶體的對(duì)稱(chēng)性可以劃分為32種點(diǎn)群。在無(wú)中心對(duì)稱(chēng)的21種晶體類(lèi)型種除432點(diǎn)群外其余20種都有壓電效應(yīng)，而這20種壓電晶體中又有10種熱釋電現(xiàn)象。熱釋電晶體是具有自發(fā)極化的晶體，但因表面電荷的抵償作用，其極化電矩不能顯示出來(lái)，只有當(dāng)溫度改變，電矩（即極化強(qiáng)度）發(fā)生變化，才能顯示固有的極化，這可以通過(guò)測(cè)量一閉合回路中流動(dòng)的電荷來(lái)觀測(cè)。

熱釋電就是指改變溫度才能顯示電極化的現(xiàn)象，鐵電體又是熱釋電晶體中的一小類(lèi)，其特點(diǎn)就是自發(fā)極化強(qiáng)度可因電場(chǎng)作用而反向，因而極化強(qiáng)度和電場(chǎng)E 之間形成電滯回線是鐵電體的一個(gè)主要特性。自發(fā)極化可用矢量來(lái)描述，自發(fā)極化出現(xiàn)在晶體中造成一個(gè)特殊的方向。晶體中，每個(gè)晶胞中原子的構(gòu)型使正負(fù)電荷重心沿這個(gè)特殊方向發(fā)生相對(duì)位移，使電荷正負(fù)重心不重合，形成電偶極矩。整個(gè)晶體在該方向上呈現(xiàn)極性，一端為正，一端為負(fù)。在其正負(fù)端分別有一層正和負(fù)的束縛電荷。

束縛電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)在晶體內(nèi)部與極化反向（ 稱(chēng)為退極化場(chǎng)），使靜電能升高，在受機(jī)械約束時(shí)，伴隨著自發(fā)極化的應(yīng)變還將使應(yīng)變能增加，所以均勻極化的狀態(tài)是不穩(wěn)定的，晶體將分成若干小區(qū)域，每個(gè)小區(qū)域內(nèi)部電偶極子沿同一方向，但各個(gè)小區(qū)域電偶極子方向不同，這些小區(qū)域稱(chēng)為電疇或疇，疇的間界叫疇壁。疇的出現(xiàn)使晶體的靜電能和應(yīng)變能降低，但疇壁的存在引入了疇壁能。總自由能取極小值的條件決定了電疇的穩(wěn)構(gòu)型。

二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/span>

1、了解什么是鐵電體，什么是電滯回線。

2、了解鐵薄膜材料的功能和應(yīng)用前景。

3、使用設(shè)備：Huace FE-3000鐵電分析儀

三、實(shí)驗(yàn)原理

1、鐵電體的特點(diǎn)

（1）電滯回線

推薦使用Huace FE-3000鐵電分析儀，適用于鐵電薄膜、鐵電體材料（既可塊體材料）的電性能測(cè)量，可測(cè)量鐵電薄膜電滯回線、可地測(cè)出具有非對(duì)稱(chēng)電滯回線鐵電薄膜的Pr值。

其主要技術(shù)指標(biāo)：

1.輸出信號(hào)電壓：：薄膜：0～±10V 陶瓷、材料：0～±2000V

2.輸出信號(hào)頻率：薄膜材料1-1000HZ，陶瓷：0-1Hz

3.電容范圍：1000nf～ 100nf, 精度: ≤1%。

4.電流范圍: 1nA～10A ,精度: ≤1%。

5、測(cè)試樣品：0-20mm 5個(gè)

6、高壓樣品池：2個(gè)，一個(gè)封閉式：8CM*6CM 一個(gè)開(kāi)放式：8CM*5CM

7、探針臺(tái)：一個(gè)

8、電流：1-10倍放大，信號(hào)：1-20倍。.數(shù)據(jù)結(jié)口：USB或BNC接口。

9. 數(shù)據(jù)采集分析軟件： 能畫(huà)出鐵電薄膜的電滯回線，定量得到鐵電薄膜材料的飽和極化Ps、剩余極化Pr、矯頑場(chǎng)Ec、漏電流等參數(shù);可以進(jìn)行鐵電薄膜材料的鐵電疲勞性能、鐵電保持性能的測(cè)試，電阻測(cè)量，漏電流測(cè)量。

10.可以配合相關(guān)壓電測(cè)試儀操作系統(tǒng)

2、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

測(cè)量鐵電薄膜樣品的電滯回線，畫(huà)出電滯回線及得到鐵電薄膜材料的飽和極化±Ps、剩余極化±Pr、矯頑場(chǎng)±Ec、電容量C等參數(shù)。

【實(shí)驗(yàn)步驟】

1. 準(zhǔn)備工作：首先開(kāi)啟計(jì)算機(jī)，閱讀儀器說(shuō)明書(shū)。

2. 初始化：在低電壓（100V）下運(yùn)行測(cè)量軟件，開(kāi)啟測(cè)量?jī)x，并檢查探針位置是否正確。

3. 確定高壓區(qū)間V ：調(diào)整高電壓和低電壓， 觀察能出現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)電滯回線的最大和最小的 電壓值，并記錄為Vmax和Vmin，高壓區(qū)間為V = Vmax* Vmin。值得注意的是，軟件中輸入的高壓值在本次試驗(yàn)的試驗(yàn)儀上通常達(dá)不到，因此需要輸入比目標(biāo)電壓更高 一些的電壓值，電壓值以實(shí)際高壓為準(zhǔn)。（備注：高壓區(qū)間指的是保持標(biāo)準(zhǔn)電滯回線的zui 低和最高電壓。）

4. 測(cè)量電滯回線：在剛剛確定的那個(gè)電壓范圍內(nèi)，選擇五個(gè)電壓值，間隔為?V /5，分別測(cè)量在這五個(gè)電壓值下的電滯回線，并且保留電滯回線測(cè)量數(shù)據(jù)。

5. 拷貝并帶回電滯回線測(cè)量數(shù)據(jù)，以便于后續(xù)數(shù)據(jù)處理使用。

6. 實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，先關(guān)閉測(cè)量?jī)x，后關(guān)閉計(jì)算機(jī)。

7. 用電滯回線測(cè)量數(shù)據(jù)，計(jì)算相應(yīng)的數(shù)據(jù)Pr、Ps、Ec。