因此，具有对称中心的晶体是不可能有热释电性的，这一点与压 电体的结构要求是一样的。
但具有压电性的晶体不一定有热释电性。
表征材料热释电性的主要参量是热释电常量p,其定义为：
p Ps T
PS为自发极化强度,T为热力学温度
3.铁电性、压电性、热释电性之间的关系
随外电场线性增加。BC线外推至电场
为0，则与纵坐标轴相交于PS点。PS— 自发极化强度。达到饱和后再减小电场，
极化强度并不是沿原始的极化曲线下降，
而是沿图中CBD变化，在D点电场为0， 但极化强度并没有消失，Pr—剩余极化 强度(Remnant Polarization) 。只有当电 场沿相反方向增加到-Ec时，极化才变为 0，Ec被称之为矫顽场(Coercive Field) 。 继续增加反向电场可使极化强度达到反
当晶体在外电场激励下，晶体的某些方向上产生形变，而且应 变大小与所加电场在一定范围内有线性关系，这种由电能转变 为机械能的过程称为逆压电效应。
在正压电效应中，电荷与应力成比列，即
D dT
d ── 压电常数(C/N) D ── 电位移(C/m2)
T ── 应力(N/m2)
在逆压电效应中，应变S与电场强度E成正比，即
2.电畤转向
铁电体整体上呈现自发极化，其结果是晶体正、负端分别有一层 正、负束缚电荷。
束缚电荷产生的电场-退极化场与极化方向反向，是静电能升高。 在受机械束缚时，伴随着自发极化的应变还将使应变能增加 所以整体均匀极化的状态不稳定，晶体趋向于分成多个小区域。 每个区域内部电偶极子沿同一个方向，但不同小区域的电偶极子
几何形状、绝缘结构、散热条件、电压种类 和媒质温度等因素有关。
固体电介质的热击穿判据
当发热曲线W1与散热直线W2相切时，切点C应满 足以下条件
W1 (V ,T ) T Tm W2 (T ) T Tm
V1
V2
T T Tm
T T Tm
6.3.2 电击穿机制
当电子从电场中得到的能量大于传导给晶格振动的 能量时，电子的动能就越来越大，至电子能量大到 一定值时，电子与晶格振动的相互作用导致电离产 生新电子，使自由电子数迅速增加，电导进入不稳 定阶段，击穿发生。
1920年法国人Valasek发现罗息盐具有特异的介电性， 其极化强度随外加电场的变化为以下形状，称为电滞 回线，把具有这种性质的晶体称为铁电体
电滞回线
铁电体典型的极化曲线(极化强度与电场强度的变化关
系)—重要标志
OAB表示对未极化样品施加电场E，随
E，极化强度不断增加，达到B点，极
化强度饱和，再继续增加E，极化强度
本征电击穿理论 从理论上可分为
“雪崩”电击穿理论
电子加速运动(动能)与晶格振动的相互作用，把
1.本征电击穿理论 能量传递给晶格。当其处于平衡时，介质中有稳 定的电导，若电子能量大到一定值而破坏平衡， 电导由稳定态变为非稳定态。
A表示单位时间内从电场获得的能量
A e2E2 m*
E—电场强度； —松弛时间 (与电子能量U有关) （电子平均自由行程时间）
向饱和，再增加到正向饱和。极化强度
将完成图示的回线，称之为电滞回线。
铁电体具有自发极化的特性，而且这种自发极化的电 偶极矩在外电场作用下可以改变其取向，甚至反转。
在同一外电场作用下，极化强度可以有双值，表现为 电场E的双值函数，这正是铁电体的重要物理特性
铁电体有电滞回线的原因：电畴。
居里温度TC或称居里点TC
由于高聚物的能带理论、电荷注入、电子激发及输 运过程的深入研究与发展，以及非线性科学中分形 及混沌的广泛应用，促使电击穿从确定论迈向破坏 过程的随机论的根本性变化。
击穿也包括最终导致击穿的老化过程。
老化本身是一种空间分布的、随时间不断发 展且累积的损伤过程。
6.4 铁电性
6.4.1 铁电体与电畴
1.电滞回线和铁电体
S dE
d ──
(V/m)
S ── 应变(m/m)
E ── 电场强度(V/m)
比例常数d数值相同 d D T S E
2.压电性产生原因
晶体压电效应的本质是因为机械作用引起晶体介质的极化从而导致 介质两端表面内出现符号相反的束缚电荷。
3. 压电振子及其参数
压电振子 最基本元件，是被覆激励电极的压电体
Ti4+在氧八面体中心有位移的余地，在较高温度时(>120℃)由于离子热振动
能比较大，Ti4+不可能在偏离中心的某一位置固定下来，它接近周围6个氧
离子的机率是相等的，所以晶体结构仍保持较高的对称性，晶胞内不产生
电矩，即自发极化为0。
当温度降低(<120℃)时，Ti4+平均热振动能降低，Ti4+不足以克服Ti4+和O2-
不同，这每个小区域称为电畴。 180°畴壁（较薄）90°畴壁（较厚）
铁电畤在外电场作用下，总是趋向与外电场 方向一致，称之为畤转向。电畤运动是通过 新畤出现，发展和畤壁移动来实现的。
电滞回线是铁电体的铁电畤在外电场作用下 运动的宏观描述。
6.4.2钛酸钡自发极化的微观机理及 电畴的形成
1.钛酸钡自发极化的微观机理
第6章 材料的介电性能
2009.05
6.3 电介质在电场的破坏
✓ 热击穿 ✓ 电击穿 ✓ 局部放电击穿
6.3.1热击穿机制
当固体电介质在电场作用下，由电导和介质损耗产生的 热量超过试样通过传导、对流和辐射所能散发的热量时， 试样中的热平衡就被破坏，试样温度不断上升，最终造 成介质永久性的热破坏，这就是热击穿。
电场对电子的加速作用 传导电子间的碰撞 传导电子与晶格的相互碰撞 电子的电离、再复合和捕获 电场梯度形成的扩散
本征击穿机制模型
单电子近似模型
A e2E2 / m*
仅适用于材料本征击穿低温区
集合电子近似模型
Vu ln E c0 2kT0
2.雪崩式电击穿机制
把本征电击穿机制和热击穿机制结合起来
电荷是逐渐或者相继积聚，而不是电导率 的突然改变，尽管电荷集聚在很短时间内 发生
最初机制是场发射或离子碰撞
P
aE
exp
bI 2 E
以碰撞电离后自由电子数倍增到一定值作为电 击穿判据。
通过估算：由阴极出发的初始电子，在其 向阳极运动的过程中，1cm内的电离次数 达到40次，介质便击穿。 “四十代理论”：
反铁电相的偶极子结构很接近铁电相的结构，能 量上的差别很小，因此，只要在成分上稍有改变， 或者加强的外电场或者是压力则反铁相就转变为
铁相结构。
6.5 压电性和热释电性
6.5.1 压电性
压电性
某些晶体材料按所施加的机械力成比
例地产生电荷的特性。
1.正压电效应，逆压电效应和压电常数
当晶体受到机械力作用时，一定方向的表面产生束缚电荷，其 电荷密度大小与所加的应力的大小成线性关系。这种由机械能 转换成电能的过程，称为正压电效应。
电场的波形无关 仅与材料有关 与介质中的自由电子有关（来源为杂质或
缺陷且考虑材料中电子 能量的分布变化。
参与能量传递作用的因素
偶极场中的晶格振动 与偶极场晶格振动共有的电子壳层变形 非偶极场短程电子轨道畸变
本征击穿理论所相关的电子能量分布变 化的因素
A
U ( t )E
A(E, U)
B表示电子与晶格振动相互作用时单位时间内能量的损失，
晶格振动与温度有关
晶格温度
U
B ( t )L B(T0, U)
当E上升到使平衡破坏时，
平衡时，A(E,U)=B(T0,U)
碰撞电离过程便立即发生
引起非稳态的起始强度定义为电击穿强度。
特征
发生在室温或室温以下 发生的时间间隔很短，在微秒或微秒以下 与样品或电极几何形状无关，或者与所加
6.3.3 局部放电击穿
局部放电就是在电常作用下，在电介质区域 中所发生放电现象，没有电极之间形成贯穿 的通道，整个试样并没有击穿
局部放电是脉冲性的，其过程与电晕放电相 同。
局部放电将导致介质的击穿与老化。
击穿的随机性
传统的击穿模型属于纯确定论，是建立在超过某一 临界电场时，因一连串因果效应使系统不再能维持 能量平衡从而发生击穿的基础之上的。
至零；相变没有潜热和热滞 现象。
如KDP等。
TC T
2. 成分，晶粒大小，尺寸因素的影响
铁电体居里温度是由材料成分决定，不同元素在同一 铁电体中对的TC影响不同的。
晶粒的大小也影响铁电体的行为。一般情况下晶粒越 大，其起压电性值就越高。
3. 反铁电-铁电相变
反铁电晶体含有反平行排列的偶极子。
（1） 外部条件（电场，应力。温度，压力）的变化， 可以引起铁电体极化强度PS的变化
（2）铁电体相变按自由能变化来分，可分为两类。即： 一级相变二级相变
一级相变
在相变点上，PS突变到零； PS 铁电相与非铁电相共存；相 变伴随着潜热和热滞现象。
如BT等。
TC T
二级相变 在相变点上，PS连续地下降 PS
6.5.2 热释电性
1. 热释电性现象
在电化石热释电实验中，由于加热，温度变化，使自发极改变，屏 蔽电荷失去平衡。因此，晶体一端的正电荷吸引硫磺粉显黄色，另 一端吸引铅丹粉显红色。由于温度变化而使极化改变的现象称为热 释电效应，其本质称为热释电性。
2. 热释电效应产生的条件
具有热释电效应的晶体一定具有自发极化（固有极化）的晶体， 在结构上应具有极性轴，简称极轴，就是晶体唯一的轴，在该轴 的两端往往具有不同性质，且采用对称作不能与其他晶向重合的 方向。
当介质很薄时，碰撞电离不足以发展到40代，电子雪 崩系列已进入阳极复合，此时介质不能击穿。因此便 定性解释了薄层介质具有较高击穿电场的原因。
雪崩电击穿和本征电击穿一般难于区分