所有的鐵電材料都同時(shí)具備鐵電性和壓電性。鐵電性是指在一定溫度范圍內(nèi)材料會(huì)產(chǎn)生自發(fā)極化。由于鐵電體晶格中的正負(fù)電荷中心不重合，因此即使沒有外加電場，也能產(chǎn)生電偶極矩，并且其自發(fā)極化可以在外電場作用下改變方向 。當(dāng)溫度高于某一臨界值時(shí)，其晶格結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，正負(fù)電荷中心重合，自發(fā)極化消失，這一溫度臨界值稱為居里溫度(Tc)。壓電性是實(shí)現(xiàn)機(jī)械能－電能相互轉(zhuǎn)換的一種性質(zhì)。若在某一方向上給材料施加外力使材料發(fā)生形變，其內(nèi)部會(huì)發(fā)生極化并在表面產(chǎn)生電荷，這就是壓電效應(yīng)；相反，若給材料施加電場則材料會(huì)發(fā)生形變而產(chǎn)生機(jī)械力，這就是逆壓電效應(yīng)。所有的鐵電材料都具備上述2種特性，這是構(gòu)建機(jī)電系統(tǒng)的材料基礎(chǔ)之一。

其最基本的特性為在某些溫度范圍會(huì)具有自發(fā)極化，而且極化強(qiáng)度可以隨外電場反向而反向，從而出現(xiàn)電滯回線。

鐵電材料自發(fā)極化

鐵晶體管是電介質(zhì)中一類特別重要的介晶體管。電介質(zhì)的特性是：他們以感應(yīng)而非以傳導(dǎo)的方式傳播電的作用與影響。按照這個(gè)意義來說，不能簡單的認(rèn)為電介質(zhì)就是絕緣體。

在電介質(zhì)中起主要作用的是束縛著的電荷，在電的作用下，他們以正、負(fù)電荷重心不重合的電極化方式傳遞和記錄電的影響。而鐵晶體管是——即使沒有外加電場，也可以顯現(xiàn)出電偶極距的特性。因其每單位晶胞帶有電偶極矩，且其極化率與溫度有關(guān)。

鐵電材料電滯回線

極化強(qiáng)度P和外電場E間的關(guān)系構(gòu)成電滯回線。一般而言，晶體的壓電性質(zhì)與自發(fā)極化性質(zhì)都是由晶體的對(duì)稱性決定的，可是對(duì)于鐵晶體管，外電場能使自發(fā)極化反向的特征卻不能由晶體的結(jié)構(gòu)來預(yù)測(cè)，只能透過電滯回線的測(cè)定（或介電系數(shù)的測(cè)定）來判斷。

電滯回線表示鐵晶體管中存在domain。鐵晶體管通常是由許多稱為domain的區(qū)域所組成，而在每一個(gè)domain里面有相同的極化方向，而與鄰近的domain其極化方向不同。如果是多晶體，由于晶粒本身的取向是任意的，不同domain中極化強(qiáng)度的相對(duì)取向可以是沒有規(guī)律的。但若是單晶體，不同domain中極化強(qiáng)度取向之間存在著簡單的關(guān)系。為明確起見，這里只考慮單晶體的電滯回線，并且設(shè)極化強(qiáng)度的取向只有兩種可能，亦即沿某軸的正向或負(fù)向。

假設(shè)在沒有外電場的存在下，晶體的總電矩為零，及晶體的兩類domain中極化強(qiáng)度方向互為相反平行。當(dāng)外電場施加于晶體時(shí)，極化強(qiáng)度沿電場方向的domain變大，而與其反平行方向的domain則變小。這樣，極化強(qiáng)度P隨外電場E增大而增大，如圖中OA段曲線所示。電場強(qiáng)度的繼續(xù)增大，最后使晶體只具有單個(gè)的domain，晶體的極化強(qiáng)度達(dá)到飽和，這相當(dāng)余圖中C附近的部分，將這線性部分推延至外場為零的情形，在縱軸P上所得的截距稱為飽和極化強(qiáng)度（即E點(diǎn)）。實(shí)際上，這也是每個(gè)domain原來已經(jīng)存在的極化強(qiáng)度。

因此飽和極化強(qiáng)度是對(duì)每個(gè)domain而言的。如電場自圖中C處開始降低，晶體的極大P值亦隨之減小，但在零電場時(shí)，仍存在剩余極化強(qiáng)度（即D點(diǎn)）。必須注意，剩余極化強(qiáng)度是對(duì)整個(gè)晶體而言的。當(dāng)點(diǎn)場反向達(dá)到矯頑電場強(qiáng)度時(shí)（即F點(diǎn)），剩余極化全部消失，反向電場的值繼續(xù)增大時(shí)，極化強(qiáng)度反向。如果矯頑電場強(qiáng)度大于晶體的擊穿場強(qiáng)，那么在極化反向之前晶體已被電擊穿，便不能說該晶體具有鐵電性。

鐵電材料介電常數(shù)

當(dāng)溫度高于某一臨界溫度時(shí)，晶體的鐵電性消失，并且晶格亦發(fā)生轉(zhuǎn)變，這一溫度是鐵電體的居里點(diǎn)。由于鐵電性的出現(xiàn)或消失，總伴隨著晶格結(jié)構(gòu)的改變，所以這是個(gè)相變過程。當(dāng)晶體從非鐵電相（稱順電相）向鐵電相過渡時(shí)，晶體的許多物理性質(zhì)皆呈反常現(xiàn)象。

對(duì)于一階相變常伴隨有潛熱的發(fā)生，對(duì)于二階相變則出現(xiàn)比熱的突變。鐵電相中自發(fā)極化強(qiáng)度是和晶體的自發(fā)電致形變相關(guān)，所以鐵電相的晶格結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性要比非鐵電相（順電相）的低。如果晶體具有兩個(gè)或多個(gè)鐵電相時(shí)，表征順電相與鐵電相之間的一個(gè)相變溫度，統(tǒng)稱為過渡溫度或轉(zhuǎn)變溫度。（在此附近時(shí)，介電系數(shù)常有迅速陡降的現(xiàn)象）。

由于極化的非線性，鐵電體的介電系數(shù)不是常數(shù)，而是依賴于外加電場的，一邊，以電滯回線中OA曲線在原點(diǎn)的斜率來代表介電系數(shù)，即在測(cè)量介電系數(shù)ε時(shí)，所加的外電場很小。鐵電體在過渡溫度附近，介電系數(shù)ε具有很大的值，數(shù)量級(jí)達(dá)到 ～ ，當(dāng)溫度高于居里點(diǎn)時(shí)，介電系數(shù)隨溫度變化的關(guān)系遵守居里-外斯定律：

式中 稱為特性溫度，他一般略低于居里點(diǎn)，C稱為居里常數(shù)，而 代表電子極化對(duì)介電系數(shù)的貢獻(xiàn)，在過渡溫度時(shí)， 可以忽略。

早在遠(yuǎn)古時(shí)期， 人們就知道某些物質(zhì)具有與溫度有關(guān)的自發(fā)電偶極距， 因?yàn)樗鼈儽患訜釙r(shí)具有吸引其它輕小物體的能力。1824 年Brewster觀察到許多礦石具有熱釋電性 。1880 年約·居里和皮·居里發(fā)現(xiàn)當(dāng)對(duì)樣品施加應(yīng)力時(shí)出現(xiàn)電極化的現(xiàn)象。但是，早期發(fā)現(xiàn)的熱釋電體沒有一個(gè)是鐵電體。在未經(jīng)處理的鐵電單晶中，電疇的極化方向是雜亂的，晶體的凈極化為零，熱釋電響應(yīng)和壓電響應(yīng)也十分微小，這就是鐵電體很晚才被發(fā)現(xiàn)的主要原因 。

最早的鐵電效應(yīng)是在1920年由法國人Valasek在羅謝爾鹽中發(fā)現(xiàn)的， 這一發(fā)現(xiàn)揭開了研究鐵電材料的序幕。在1935年Busch發(fā)現(xiàn)了磷酸二氫鉀KH₂PO₄———簡稱KDP，其相對(duì)介電常數(shù)高達(dá)30，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于當(dāng)時(shí)的其它材料。1940年之后， 以BaTiO₃為代表的具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鐵電材料陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)，這是鐵電歷史上里程碑式的時(shí)期。

直至20世紀(jì)80年代，隨著鐵電唯象理論和軟膜理論的逐漸完善，鐵電晶體物理內(nèi)涵的研究趨于穩(wěn)定。20 世紀(jì)80年代中期，薄膜制備技術(shù)的突破為制備高質(zhì)量的鐵電薄膜掃清了障礙，并且近年來隨著對(duì)器件微型化、功能集成化、可靠性等要求的不斷提高，傳統(tǒng)的鐵電塊體由于尺寸限制已經(jīng)不能滿足微電子器件的要求。鐵電器件在向薄膜尺寸量級(jí)過渡的同時(shí)又與半導(dǎo)體工藝結(jié)合，研究者們迎來了集成鐵電體的時(shí)代 。

壓電材料：物質(zhì)受機(jī)械應(yīng)力作用時(shí)能產(chǎn)生電壓，或受電壓作用時(shí)能產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力的性質(zhì)。例如：竊聽器、Fabry-Perot干涉儀的推進(jìn)器（陶瓷）等。

電光晶體：折射率在外電場作用下發(fā)生改變的材料。例如：Q開關(guān)等。鐵電材料，是熱釋電材料中的一類。其特點(diǎn)是不僅具有自發(fā)極化，而且在一定溫度范圍內(nèi)，自發(fā)極化偶極矩能隨外施電場的方向而改變。它的極化強(qiáng)度P與外施電場強(qiáng)度E的關(guān)系曲線如圖2所示，與鐵磁材料的磁通密度與磁場強(qiáng)度的關(guān)系曲線（B-H曲線）極為相似。極化強(qiáng)度P滯后于電場強(qiáng)度E,稱為電滯曲線。電滯曲線是鐵電材料的特征。即當(dāng)鐵電晶體二端加上電場E后，極化強(qiáng)度P 隨E 增加沿OAB曲線上升，至B點(diǎn)后P 隨E的變化呈線性(BC線段)。E下降，P不沿原曲線下降，而是沿CBD曲線下降。當(dāng)E為零時(shí),極化強(qiáng)度P不等于零而為Pr，稱為剩余極化強(qiáng)度。

只有加上反電場E_H時(shí)P方等于零，E_H稱為鐵電材料的矯頑電場強(qiáng)度。CBDFGHIC構(gòu)成整個(gè)電滯曲線。鐵電晶體是由許多小區(qū)域(電疇)所組成，每個(gè)電疇內(nèi)的極化方向一致，而相鄰電疇的極化方向則不同。從宏觀來看，整個(gè)晶體是非極化的，呈中性。在外電場作用下，極化沿電場方向的電疇擴(kuò)大。當(dāng)所有電疇都沿外電場方向，整個(gè)晶體成為單疇晶體，即到達(dá)圖上飽和點(diǎn)B，當(dāng)外電場繼續(xù)增加,此時(shí)晶體只有電子和離子極化，與普通電介質(zhì)一樣，P與E成直線關(guān)系（BC段），延長BC直線交P軸于T，相應(yīng)的極化強(qiáng)度Ps即為該晶體的自發(fā)極化強(qiáng)度。

在某一溫度以上，鐵電材料的自發(fā)極化即消失，此溫度稱為居里點(diǎn)。它是由低溫的鐵電相改變?yōu)楦邷氐姆氰F電相的溫度。典型鐵電材料有：鈦酸鋇（BaTiO3）、磷酸二氫鉀(KH2PO4)等。過去對(duì)鐵電材料的應(yīng)用主要是利用它們的壓電性、熱釋電性、電光性能以及高介電常數(shù)。由于新鐵電材料薄膜工藝的發(fā)展，鐵電材料在信息存儲(chǔ)、圖像顯示和全息照相中的編頁器、鐵電光閥陣列作全息照相的存儲(chǔ)等已開始應(yīng)用。

發(fā)現(xiàn)具有鐵電性的晶體很多，但概括起來可以分為兩大類：a.一類以磷酸二氫鉀 KH2PO4 --簡稱KDP--為代表，具有氫鍵，他們從順電相過渡到鐵電相是無序到有序的相變。以KDP為代表的氫鍵型鐵晶體管，中子繞射的數(shù)據(jù)顯示，在居里溫度以上，質(zhì)子沿氫鍵的分布是成對(duì)稱沿展的形狀。在低于居里溫度時(shí)，質(zhì)子的分布較集中且不對(duì)稱于鄰近的離子，質(zhì)子會(huì)較靠近氫鍵的一端。

b.另一類則以鈦酸鋇為代表，從順電相到鐵電相的過渡是由于其中兩個(gè)子晶格發(fā)生相對(duì)位移。對(duì)于以為代表的鈣鈦礦型鐵電體，繞射實(shí)驗(yàn)證明，自發(fā)極化的出現(xiàn)是由于正離子的子晶格與負(fù)離子的子晶格發(fā)生相對(duì)位移。

目前按產(chǎn)生傳感、驅(qū)動(dòng)功能的機(jī)制, 鐵電陶瓷可分為3種

層狀鐵電陶瓷

研究較多，并且用于制備鐵電陶瓷材料的是鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鋯鈦酸鉛。

簡稱PZT系列。此系列的突出優(yōu)點(diǎn)是剩余極化較大Pr大約10~35 μC/cm²、熱處理溫度較低（600℃左右）。但是隨著研究的深入人們發(fā)現(xiàn)在經(jīng)過累計(jì)的極化反轉(zhuǎn)之后PZT系列性能退化，主要表現(xiàn)在出現(xiàn)高的漏電流和較嚴(yán)重的疲勞問題另外鉛的揮發(fā)對(duì)人體也有害。因此研究和開發(fā)性能優(yōu)良且無鉛的鐵電陶瓷具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。而鉍系層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料屬于鐵電材料類且性能較好又不含鉛，因此受到人們的廣泛關(guān)注。該材料通式是(Bi₂O₂) ² A_n-1B_nO_{3n 1})^2-其中A 為 1、 2或 3價(jià)離子，B 為 3、 4 或 5價(jià)離子，n 為類鈣鈦礦層中氧八面體BO₆層數(shù)，其中類鈣鈦礦層(A_n-1B_nO_{3n 1})^2-與鉍氧層(Bi₂O₂)² 交替排列。SrBi₄Ti₄O_15，簡稱SBTi，n=4 、n = 5或n = 7，陶瓷是鉍系層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電陶瓷材料。研究發(fā)現(xiàn)，其剩余極化較大單晶極化強(qiáng)度方向沿a 或b軸時(shí)2Pr=58μC/cm2

[1]熱穩(wěn)定性能也比較好，居里溫度為520℃。

[2]另外SBTi 陶瓷又是非鉛系列材料是一種比較有前途的鐵電陶瓷材料。但是由于Bi容易揮發(fā)，在材料制備和使用過程中容易成鉍空位，從而形成氧空位，影響材料的抗疲勞性能和鐵電性能。為了滿足實(shí)際應(yīng)用的需要，需要提高和改進(jìn)該系列材料的鐵電性能。因此，國內(nèi)外研究者在改變制備途徑、制備方法以及調(diào)整材料的組分等方面作了不少研究。

弛豫型鐵電陶瓷

弛豫型鐵電體（relaxation ferroelectrics）簡稱RF。是指順電—鐵電轉(zhuǎn)變屬于彌散相變的一類鐵電材料"(ω)，ω為角頻率的實(shí)部，ε'(ω)隨溫度變化呈現(xiàn)相對(duì)寬且變化平緩的峰，其最大ε'(ω)值對(duì)應(yīng)的溫度Tm隨ω的增加而向高溫移動(dòng)。該特征與結(jié)構(gòu)玻璃（structureglass）化轉(zhuǎn)變、自旋玻璃（spin glass）化轉(zhuǎn)變的特征極為相似。所以，弛豫型鐵電體又被稱為極性玻璃（polar glass），相應(yīng)的弛豫鐵電相變又被稱為極性玻璃化轉(zhuǎn)變。迄今為止，雖然人們對(duì)弛豫鐵電相變進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)測(cè)量和理論探索，但是仍然沒有被普遍接受的弛豫鐵電相變模型所以對(duì)弛豫鐵電相變機(jī)制的研究一直是該領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問題之一。另外，現(xiàn)有的一些弛豫鐵電體具有優(yōu)良的鐵電、壓電和熱釋電性能，因而具有廣泛而重要的應(yīng)用。

因此，對(duì)現(xiàn)有弛豫鐵電體性能的優(yōu)化以及新型弛豫鐵電體的合成將具有重要的潛在應(yīng)用價(jià)值，同時(shí)也是該領(lǐng)域的另一熱點(diǎn)問題。SrTiO3是一種無污染的功能陶瓷材料，因此以SrTiO3為基礎(chǔ)合成的新材料有產(chǎn)業(yè)的優(yōu)勢(shì)。研究發(fā)現(xiàn)在SrTiO3中引入Bi離子產(chǎn)生了典型的鐵電弛豫行為，并對(duì)其進(jìn)行了介電譜測(cè)量，但是最低測(cè)量頻率為100Hz。而一般認(rèn)為，玻璃化轉(zhuǎn)變的特征時(shí)間50~102s，所以在更低的頻率范圍內(nèi)對(duì)極性玻璃體的介電譜測(cè)量，無疑對(duì)理解其玻璃化轉(zhuǎn)變機(jī)制是有價(jià)值的。

反鐵電陶瓷

上世紀(jì)80年代后期具有大電致應(yīng)變和大機(jī)電轉(zhuǎn)換能力的PZST 反鐵電陶瓷作為換能器或大位移致動(dòng)器有源材料方面的研究工作逐步出現(xiàn)。美國Pennsylvania 大學(xué)材料研究所開展了PZST反鐵電陶瓷作為大位移致動(dòng)器有源材料應(yīng)用的可行性研究工作，針對(duì)“方寬”型電滯回線的PZST 反鐵電陶瓷進(jìn)行了一系列改性優(yōu)化，降低相變場強(qiáng)，增大縱向應(yīng)變量，最大縱向應(yīng)變量達(dá)到0.85%，相變場強(qiáng)為48 kV/cm，電滯寬度為20 kV/cm。指出“方寬”型電滯回線的反鐵電陶瓷在交變電場下表現(xiàn)出嚴(yán)重的電滯損耗，因而不適于交變狀態(tài)下應(yīng)用。

鐵電性: NVFRAM\FFET　介電性:大容量電容\可調(diào)諧微波器件\PTC熱敏元件　電光效應(yīng):光開關(guān)\光波導(dǎo)\光顯示器件　聲光效應(yīng):聲光偏轉(zhuǎn)器　光折變效應(yīng):光調(diào)制器件\光信息存儲(chǔ)器件　非線性光學(xué)效應(yīng):光學(xué)倍頻(BBO\LBO)器件\參量振蕩\相共軛器件　壓電性:壓電傳感器\換能器\SAW\馬達(dá)　熱釋電效應(yīng):非致冷紅外焦平面陣列

一般認(rèn)為，鐵電體的研究始于1920年，當(dāng)年法國人發(fā)現(xiàn)了羅息鹽酒石酸鉀鈉，場·的特異的介電性能，導(dǎo)致了“鐵電性”概念的出現(xiàn)。迄今鐵電研究可大體分為四個(gè)階段’。第一階段是1920-1939年，在這一階段中發(fā)現(xiàn)了兩種鐵電結(jié)構(gòu)，即羅息鹽和系列。第二階段是1940-1958年，鐵電維象理論開始建立，并趨于成熟。第三階段是1959—1970年，這是鐵電軟模理論出現(xiàn)和基本完善的時(shí)期，稱為軟模階段。第四階段是80年代至今，主要研究各種非均勻系統(tǒng)。到目前為止，己發(fā)現(xiàn)的鐵電晶體包括多晶體有一千多種。

從物理學(xué)的角度來看，對(duì)鐵電研究起了最重要作用的有三種理論，即德文希爾(Devonshire)等的熱力學(xué)理論,Slater的模型理論,Cochran和Anderson的軟模理論。鐵電體的研究取得不少新的進(jìn)展，其中最重要的有以下幾個(gè)方面。

1、第一性原理的計(jì)算。現(xiàn)代能帶結(jié)構(gòu)方法和高速計(jì)算機(jī)的反展使得對(duì)鐵電性起因的研究變?yōu)榭赡堋Ｍㄟ^第一性原理的計(jì)算，對(duì)鐵疇和等鐵電體，得出了電子密度分布，軟模位移和自發(fā)極化等重要結(jié)果，對(duì)闡明鐵電性的微觀機(jī)制有重要作用。

2、尺寸效應(yīng)的研究。隨著鐵電薄膜和鐵電超微粉的發(fā)展，鐵電尺寸效應(yīng)成為一個(gè)迫切需要研究的實(shí)際問題。人們從理論上預(yù)言了自發(fā)極化、相變溫度和介電極化率等隨尺寸變化的規(guī)律，并計(jì)算了典型鐵電體的鐵電臨界尺寸。這些結(jié)果不但對(duì)集成鐵電器件和精細(xì)復(fù)合材料的設(shè)計(jì)有指導(dǎo)作用，而且是鐵電理論在有限尺寸條件下的發(fā)展。

3、鐵電液晶和鐵電聚合物的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究。1975年MEYER發(fā)現(xiàn)，由手性分子組成的傾斜的層狀相‘相液晶具有鐵電性。在性能方面，鐵電液晶在電光顯示和非線性光學(xué)方面很有吸引力。電光顯示基于極化反轉(zhuǎn)，其響應(yīng)速度比普通絲狀液晶快幾個(gè)數(shù)量級(jí)。非線性光學(xué)方面，其二次諧波發(fā)生效率已不低于常用的無機(jī)非線性光學(xué)晶體。

聚合物的鐵電性在年代末期得到確證。雖然的熱電性和壓電性早已被發(fā)現(xiàn)，但直到年代末才得到論證，并且人們發(fā)現(xiàn)了一些新的鐵電聚合物。聚合物組分繁多，結(jié)構(gòu)多樣化，預(yù)期從中可發(fā)掘出更多的鐵電體，從而擴(kuò)展鐵電體物理學(xué)的研究領(lǐng)域，并開發(fā)新的應(yīng)用。

4、集成鐵電體的研究。鐵電薄膜與半導(dǎo)體的集成稱為集成鐵電體，廣泛開展了此類材料的研究。鐵電存貯器的基本形式是鐵電隨機(jī)存取存貯器。早期以為主要研究對(duì)象，直至年實(shí)現(xiàn)了的商業(yè)化。與五六十年代相比，當(dāng)前的材料和技術(shù)解決了幾個(gè)重要問題。一是采用薄膜，極化反轉(zhuǎn)電壓易于降低，可以和標(biāo)準(zhǔn)的硅或電路集成；二是在提高電滯回線矩形度的同時(shí)，在電路設(shè)計(jì)上采取措施，防止誤寫誤讀；三是疲勞特性大有改善，已制出多次反轉(zhuǎn)仍不顯示任何疲勞的鐵電薄膜。

在存貯器上的重大應(yīng)用己逐漸在鐵電薄膜上實(shí)現(xiàn)。與此同時(shí)，鐵電薄膜的應(yīng)用也不局限于存儲(chǔ)領(lǐng)域，還有鐵電場效應(yīng)晶體管、鐵電動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存貯器等。除存貯器外，集成鐵電體還可用于紅外探測(cè)與成像器件，超聲與聲表面波器件以及光電子器件等。可以看出，集成薄膜器件的應(yīng)用前景不可估量。

在鐵電物理學(xué)內(nèi)，當(dāng)前的研究方向主要有兩個(gè)一是鐵電體的低維特性，二是鐵電體的調(diào)制結(jié)構(gòu)。鐵電體低維特性的研究是應(yīng)對(duì)薄膜鐵電元件的要求，只有在薄膜等低維系統(tǒng)中，尺寸效應(yīng)才變得不可忽略腳一。極化在表面處的不均勻分布將產(chǎn)生退極化場，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的極化狀態(tài)產(chǎn)生影響。表面區(qū)域內(nèi)偶極相互作用與體內(nèi)不同，將導(dǎo)致居里溫度隨膜厚而變化。薄膜中還不可避免地有界面效應(yīng)，薄膜厚度變化時(shí)，矯頑場、電容率和自發(fā)極化都隨之變化，需要探明其變化規(guī)律并加以解釋。

鐵電超微粉的研究也逐漸升溫。在這種三維尺寸都有限的系統(tǒng)中，塊體材料的導(dǎo)致鐵電相變的布里淵區(qū)中心振模可能無法維持，也許全部聲子色散關(guān)系都要改變。庫侖作用將隨尺寸減小而減弱，當(dāng)它不能平衡短程力的作用時(shí)，鐵電有序?qū)⒉荒芙ⅰ?

高性能的鐵電材料是一類具有廣泛應(yīng)用前景的功能材料，從目前的研究現(xiàn)狀來看，對(duì)于具有高性能的鐵電材料的研究和開發(fā)應(yīng)用仍然處于發(fā)展階段。研究者們選用不同的鐵電材料進(jìn)行研究,并不斷探索制備工藝，只是到目前為止對(duì)于鐵電材料的一些性能的研究還沒有達(dá)到令人滿意的地步。比如，用于制備鐵電復(fù)合材料的陶瓷粉體和聚合物的種類還很單一，對(duì)其復(fù)合界面的理論研究也剛剛開始，鐵電記憶器件抗疲勞特性的研究還有待發(fā)展。總之，鐵電材料是一類具有廣闊發(fā)展前景的重要功能材料，對(duì)于其特性的研究與應(yīng)用還需要我們不斷的研究與探索，并給予足夠的重視.

由徐斌所*的這本《新型功能材料鐵電材料鐵磁材料和熱電材料的研究》利用基于密度泛密函理論的 **性原理方法系統(tǒng)地研究了一些鐵電材料、熱電材料和鐵磁材料，從電子結(jié)構(gòu)、光學(xué)特性和熱電參數(shù)等方面揭示這些材料的特性。全書共11章，包括緒論，理論基礎(chǔ)，BaBi2Ta2O9的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)， Tl2Cd2（SO4）3和Rb2Cd2（S04）3的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)，F(xiàn)e2VAl、Fe3A1和Fe2TiSn磁性、電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)，Heusler型化合物Fe2V1-xNbxA1的熱電性能，TiCoSb在不同壓力下的電子結(jié)構(gòu)和熱電性，壓力下的Fe2VAl的結(jié)構(gòu)、彈性和熱電性能，Cu3SbSe4和 Cu3SbS4各向異性的彈性和輸運(yùn)特性，填充方鈷礦化合物L(fēng)aFe4Sb12和CeFe4Sb12的熱電性能的研究， LaFe4Sb12在不同壓力下的電子結(jié)構(gòu)和熱電性。

本書適用于材料、電子等領(lǐng)域從事科學(xué)研究、新材料開發(fā)的科學(xué)技術(shù)工作者，也可作為材料等相關(guān)專業(yè)研究生的專業(yè)教材。

在高鐵電池中，可作為電池負(fù)極的材料也很多，包括鋅、鋁、鐵、鎘和鎂等。

鋅

根據(jù)鋅的金屬特性，其平衡電位較負(fù)，電化當(dāng)量較高，因而比能量和比功率都比較高。而且鋅具有較好的放電性能，價(jià)格便宜，來源豐富。在化學(xué)電源中得到廣泛的應(yīng)用。

在堿性溶液中，鋅電極反應(yīng)除了形成鋅酸鹽外，最終產(chǎn)物主要為固相的氧化鋅：

Zn 2OH-→Zn(OH)2 2e

Zn(OH)2 2OH-→Zn(OH)42-

Zn(OH)42-→ZnO H2O 2OH-

總反應(yīng)為：Zn 2OH- →ZnO H2O 2e

對(duì)于鋅負(fù)極，在應(yīng)用于高鐵電池中有著一定的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)殇\電極作為負(fù)極材料在堿性溶液中有著較成熟的理論和工藝積累。研究Zn-MFeO4電池時(shí)，在緩蝕劑、導(dǎo)電劑、隔膜、集流體以及制造工藝等方面有許多可借鑒的技術(shù)。

鋁

鋁作為高鐵電池的負(fù)極，會(huì)遇到兩個(gè)問題：一是鋁在堿性溶液中的自腐蝕問題，在強(qiáng)堿性溶液中，鋁的溶解速度很快，同時(shí)產(chǎn)生大量的氫氣，對(duì)高鐵酸鹽來說，穿過隔膜的氫氣會(huì)加速高鐵酸鹽的分解；二是鋁在陽極過程中表面產(chǎn)生沉積物會(huì)阻止電極的反應(yīng)，使陽極過電位升高，降低了陽極的電壓效率。可以通過合金化和電解液添加劑這兩個(gè)途徑來克服上述問題。通過添加一些元素形成二元或多元鋁合金，如添加Ga、Sn、In等金屬可以改變鋁表面沉積物的組成結(jié)構(gòu)，提高鋁的陽極電位，同時(shí)增強(qiáng)鋁抗自腐蝕的能力。在電解液中添加其它物質(zhì)也可以改善電極反應(yīng)產(chǎn)物的晶型, 從而起到抑制腐蝕和提高陽極電位的作用。如添加In(OH)3可以有效減小腐蝕，而添加Ga2O3、Na2SnO3或檸檬酸鈉等都可以對(duì)活化電極起到有效的作用。

鐵

鐵作為電池負(fù)極在堿性溶液中的電極反應(yīng)比較復(fù)雜，鐵失去電子形成穩(wěn)定的 2價(jià)和 3價(jià)氫氧化物，即，

Fe nOH- → Fe(OH)n2-n 2e

Fe(OH)n2-n →Fe(OH)2 (n-2)OH- E°= -0.877V (vs. SHE)

Fe(OH)2 OH- →Fe(OH)3 e E°= -0.56V (vs. SHE)

然后，2Fe(OH)3 Fe(OH)2 → Fe3O4 4H2O

在堿性溶液中，鐵最初形成 2價(jià)產(chǎn)物，二價(jià)鐵與電解液形成Fe(OH)n2-n 絡(luò)合物，在繼續(xù)放電時(shí)生成 3價(jià)鐵，而且由 3價(jià)鐵與 2價(jià)鐵相互作用形成Fe3O4。

鐵與高鐵酸鹽組成電池時(shí)，電池的開路電壓為1.5V左右，隨著高鐵酸鹽的類型而有少許變化。由鐵電極的放電曲線可知，鐵負(fù)極在放電時(shí)有兩個(gè)放電平臺(tái)，第一個(gè)放電平臺(tái)對(duì)應(yīng)的是Fe向Fe(OH)2的轉(zhuǎn)化；第二個(gè)放電平臺(tái)對(duì)應(yīng)的是Fe(OH)2/Fe(OH)3反應(yīng)，第一個(gè)放電平臺(tái)到第二個(gè)放電平臺(tái)電壓會(huì)降低0.3V左右。實(shí)際上，第二個(gè)平臺(tái)的放電容易受到很多因素的影響。如第二次放電產(chǎn)物和高鐵酸鹽的反應(yīng)產(chǎn)物 Fe(OH)3會(huì)與Fe(OH)2形成Fe3O4，影響了Fe(OH)2的放電。鐵負(fù)極與高鐵酸鉀組成的單體電池在第一放電平臺(tái)的理論容量應(yīng)為285.3mAh/g。

鎘

鎘與高鐵酸鹽組成電池時(shí)，單體電池開路電壓的理論值應(yīng)在1.4V左右。鎘的電化當(dāng)量為477mAh/g，與K2FeO4組成電池的理論容量為219mAh/g。

釹鐵硼是具有高矯頑力和高磁能積的高性能的稀土材料，而且近年來對(duì)該材料的不斷完善，提高了使用溫度和降低了材料的成本。將釹鐵硼稀土永磁材料應(yīng)用于各種電機(jī)的開發(fā)上可以明顯的減輕電機(jī)的質(zhì)量，減小電機(jī)的外型尺寸，又可以獲得高效的節(jié)能效果和提高電機(jī)的性能，再結(jié)合電力電子新技術(shù)，使得稀土永磁材料在電機(jī)中的應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品機(jī)電一體化，各種用途的新型稀土永磁電機(jī)將進(jìn)入了一個(gè)嶄新的發(fā)展階段。 　稀土永磁電機(jī)是釹鐵硼磁體最大的應(yīng)用領(lǐng)域，約占磁體總量的70%，計(jì)算機(jī)硬盤配套的音圈電機(jī)(vcm)占40%-50%，所以計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)是永磁電機(jī)的最大用戶。 　采用稀土永磁電機(jī)可以明顯減輕電機(jī)的重量，如10kw普通發(fā)電機(jī)，重量為220kg，而稀永磁發(fā)電機(jī)為92kg。稀土永磁電機(jī)高效節(jié)能，平均節(jié)電率高達(dá)10%，某些專用電機(jī)節(jié)電率高達(dá)15%-20%，性價(jià)比高。德國西門子研制的1095kw、230rpm六極永磁同步電動(dòng)機(jī)，與過去使用的直流電動(dòng)機(jī)相比，體積減少60%左右，總損耗降低20%。 　由于釹鐵硼具有很高的性能價(jià)格比，因此成為制造高效能、體積小、重量輕的磁性功能器件的理想材料，有望對(duì)許多應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)生革命性的影響。除了在計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、移動(dòng)電話、家用電器、醫(yī)療器等方面的廣泛應(yīng)用外，汽車中的發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)和音響系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)日趨成熟，這將極大地帶動(dòng)釹鐵硼產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。