1、2006-12-17 20:40 uncomfor | 二级 以高分子化合物为基础的材料。包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料。高分子材料按来源分为天然、半合成（改性天然高分子材料）和合成高分子材料。天然高分子是生命起源和进化的基础。人类社会一开始就利用天然高分子材料作为生活资料和生产资料，并掌握了其加工技术。如利用蚕丝、棉、毛织成织物，用木材、棉、麻造纸等。19 世纪 30 年代末期，进入天然高分子化学改性阶段，出现半合成高分子材料。1907 年出现合成高分子酚醛树脂，标志着人类应用合成高分子材料的开始。现代，高分子材料已与金属材料、无机非金属材料相同，成为科学技术、经济建设
2、中的重要材料。高分子材料的结构决定其性能，对结构的控制和改性，可获得不同特性的高分子材料。高分子材料独特的结构和易改性、易加工特点，使其具有其他材料不可比拟、不可取代的优异性能，从而广泛用于科学技术、国防建设和国民经济各个领域，并已成为现代社会生活中衣食住行用各个方面不可缺少的材料。分类 高分子材料按特性分为橡胶、纤维、塑料、高分子胶粘剂、高分子涂料和高分子基复合材料。橡胶是一类线型柔性高分子聚合物。其分子链间次价力小，分子链柔性好，在外力作用下可产生较大形变，除去外力后能迅速恢复原状。有天然橡胶和合成橡胶两种。高分子纤维分为天然纤维和化学纤维。前者指蚕丝、棉、麻、毛等。后者是以天然高分子或合
3、成高分子为原料，经过纺丝和后处理制得。纤维的次价力大、形变能力小、模量高，一般为结晶聚合物。塑料是以合成树脂或化学改性的天然高分子为主要成分，再加入填料、增塑剂和其他添加剂制得。其分子间次价力、模量和形变量等介于橡胶和纤维之间。通常按合成树脂的特性分为热固性塑料和热塑性塑料；按用途又分为通用塑料和工程塑料。高分子胶粘剂是以合成天然高分子化合物为主体制成的胶粘材料。分为天然和合成胶粘剂两种。应用较多的是合成胶粘剂。高分子涂料是以聚合物为主要成膜物质，添加溶剂和各种添加剂制得。根据成膜物质不同，分为油脂涂料、天然树脂涂料和合成树脂涂料。高分子基复合材料是以高分子化合物为基体，添加各种增强材料制得的
4、一种复合材料。它综合了原有材料的性能特点，并可根据需要进行材料设计。利用高分子材料制造的塑料制品此外，高分子材料按用途又分为普通高分子材料和功能高分子材料。功能高分子材料除具有聚合物的一般力学性能、绝缘性能和热性能外，还具有物质、能量和信息的转换、传递和储存等特殊功能。已实用的有高分子信息转换材料、高分子透明材料、高分子模拟酶、生物降解高分子材料、高分子形状记忆材料和医用、药用高分子材料等。加工工艺 高分子材料的加工成型不是单纯的物理过程，而是决定高分子材料最终结构和性能的重要环节。除胶粘剂、涂料一般无需加工成形而可直接使用外、橡胶、纤维、塑料等通常须用相应的成形方法加工成制品。一般塑料制品常
5、用的成形方法有挤出、注射、压延、吹塑、模压或传递模塑等。橡胶制品有塑炼、混炼、压延或挤出等成形工序。纤维有纺丝溶体制备、纤维成形和卷绕、后处理、初生纤维的拉伸和热定型等。在成型过程中，聚合物有可能受温度、压强、应力及作用时间等变化的影响，导致高分子降解、交联以及其他化学反应，使聚合物的聚集态结构和化学结构发生变化。因此加工过程不仅决定高分子材料制品的外观形状和质量，而且对材料超分子结构和织态结构甚至链结构有重要影响。 在合成高分子的主链或支链上接上带有显示某种功能的官能团，使高分子具有特殊的功能，满足光、电、磁、化学、生物、医学等方面的功能要求，这类高分子通称为功能高分子。功能高分子材料发展已
6、有 20 多年历史，它可以制成各种质轻柔顺的纤维或薄膜，在许多领域中得到成功的应用，它将成为合成高分子材料中很有发展前途的一个分支。已知的功能高分子的品种和分类如下。导电高分子 高分子具有绝缘性，这是由它的结构所决定的，在前面已经讨论过。70 年代人们合成了聚乙炔，发现它有导电性能。乙炔分子中碳与碳以叁键结合，单体经加聚聚合后得到聚乙炔，这是一种双键、单键间隔连接的线型高分子，分子中存在共轭 健体系， 电子可以在整个共轭体系中自由流动，因此可以导电。若将碘掺杂到聚乙炔中，导电率会大幅度提高。随聚乙炔后，又发现聚吡咯、聚噻吩、聚噻唑、聚苯硫醚等都具有导电性，导电高分子材料引起人们的重视。用导电塑
7、料做成的塑料电池已进入市场，硬币大小的电池，一个电极是金属锂，另一个电极是聚苯胺导电塑料，电池可多次重复充电使用，工作寿命长。医用高分子 高分子材料应用于医学上已有 40 多年历史。由于某些合成高分子与人体器官组织的天然高分子有着极其相似的化学结构和物理性能，因此用高分子材料做成的人工器官具有很好的生物相容性，不会因与人体接触而产生排斥和其他作用。目前已知可用于制做人造器官的合成高分子材料有：尼龙、环氧树脂、聚乙烯、聚乙烯醇、聚甲醛、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚醋酸乙烯酯、硅橡胶、聚氨酯、聚碳酸酯等。表 86 列出了部分可用高分子材料制造的人造器官，除了脑、胃和部分内分泌器官外，人体中几乎
8、所有器官都可用高分子材料制造。可降解高分子 塑料制品已进入千家万户，垃圾中废弃的塑料也愈来愈多。由于这类合成高分子非常稳定，耐酸耐碱，不蛀不霉，把它们埋入地下，上百年也不会腐烂。因此废弃的塑料已经成为严重的公害，人们大声疾呼要消除“白色污染”。如果包装食品的塑料袋和泡沫塑料饭盒用可降解高分子材料来做，那末废弃的塑料将在一定条件下自行分解成为粉末。合成高分子的主链结合得十分牢固，要降解必须设法破坏、削弱主链的结合。目前已提出生物降解、化学降解和光照降解等三种方法，并合成了生物降解塑料、化学降解塑料和光照降解塑料，这类可降解高分子将在解决环境污染方面起到重要的作用。高吸水性高分子 号称“尿不湿”的
9、纸尿片已进入市场，婴儿用上它整夜不必换尿片。这种用高吸水性高分子做成的纸尿片，即使吸入 1000mL 水，依然滴水不漏，干爽通气。有的高吸水性高分子可吸收超过自重几百倍甚至上千倍的水，体积虽然膨胀，但加压却挤不出水来。这类奇特的高分子材料可用淀粉、纤维素等天然高分子与丙烯酸、苯乙烯磺酸进行接枝共聚得到，或用聚乙烯醇与聚丙烯酸盐交联得到。高吸水性高分子的吸水机制尚不清楚，可能与高分子交联后结构中立体网络扩充有关。高吸水性高分子是一种很好的保鲜包装材料，也适宜做人造皮肤的材料。有人建议利用高吸水性高分子来防止土地沙漠化。你要的是功能性高分子材料 功能高分子材料于 20 世纪 60 年代末开始得到发
10、展。目前已达到实用化的功能高分子有：离子交换树脂、分离功能膜、光刻胶、感光树脂、高分子缓释药物、人工脏器等等。高分子敏感元件、高导电高分子、高分辨能力分离膜、高感光性高分子、高分子太阳能电池等功能高分子材料，即将达到实用化阶段具体点的尼龙 聚氨酯 吧 一、粘胶(吸湿易染) ： 是人造纤维素纤维，由溶液法纺丝制得，由于纤维芯层与外层的凝固速率不一致，形成皮芯结构（从横截面切片可明显看出）。粘胶是普通化纤中吸湿最强的，染色性很好，穿着舒适感好，粘胶弹性差，湿态下的强度，耐磨性很差，所以粘胶不耐水洗，尺寸稳定性差。比重大，织物重，耐碱不耐酸。 粘胶纤维用途广泛，几乎所有类型的纺织品都会用到它，如长丝
11、作衬里、美丽绸、旗帜、飘带、轮胎帘子线等；短纤维作仿棉、仿毛、混纺、交织等 二、涤纶(挺括不皱) ： 特点：强度高、耐冲击性好，耐热，耐腐，耐蛀，耐酸不耐碱，耐光性很好（仅次于腈纶），曝晒 1000 小时，强力保持 60-70%，吸湿性很差，染色困难，织物易洗快干，保形性好。具有“洗可穿”的特点 用途： 长丝：常作为低弹丝，制作各种纺织品； 短纤：棉、毛、麻等均可混纺，工业上：轮胎帘子线，渔网、绳索，滤布，缘绝材料等。是目前化纤中用量最大的。 三、锦纶(结实耐磨) ： 最大优点是结实耐磨，是最优的一种。密度小，织物轻，弹性好，耐疲劳破坏，化学稳定性也很好，耐碱不耐酸！ 最大缺点是耐日光性不好，
12、织物久晒就会变黄，强度下降，吸湿也不好，但比腈纶，涤纶好。 用途：长丝，多用于针织和丝绸工业；短纤，大都与羊毛或毛型化纤混纺，作华达呢，凡尼丁等。工业：帘子线和渔网，也可作地毯，绳索，传送带，筛网等 四、腈纶(膨松耐晒) ： 腈纶纤维的性能很象羊毛，所以叫“合成羊毛”。 分子结构：腈纶在内部大分结构上很独特，呈不规则的螺旋形构象，且没有严格的结晶区，但有高序排列与低序排列之分。由于这种结构使腈纶具有很好的热弹性（可加工膨体纱），腈纶密度小，比羊毛还小，织物保暖性好。 特点：耐日光性与耐气候性很好（居第一位），吸湿差，染色难。 纯粹的丙烯腈纤维，由于内部结构紧密，服用性能差，所以通过加入第二，第
13、三单体，改善其性能，第二单体改善：弹性和手感，第三单体改善染色性。 用途：主要作民用，可纯纺也可混纺，制成多种毛料、毛线、毛毯、运动服也可：人造毛皮、长毛绒，膨体纱，水龙带，阳伞布等。 五、维纶(水溶吸湿) ： 最大特点是吸湿性大，合成纤维中最好的，号称“合成棉花”。强度比锦、涤差，化学稳定性好，不耐强酸，耐碱。耐日光性与耐气候性也很好，但它耐干热而不耐湿热（收缩）弹性最差，织物易起皱，染色较差，色泽不鲜艳。 用途：多和棉花混纺：细布，府绸，灯芯绒，内衣，帆布，防水布，包装材料，劳动服等。 六、丙纶(质轻保暖) ： 丙纶纤维是常见化学纤维中最轻的纤维。它几乎不吸湿，但具有良好的芯吸能力，强度高
14、，制成织物尺寸稳定，耐磨弹性也不错，化学稳定性好。但：热稳定性差，不耐日晒，易于老化脆损。 用途：可以织袜，蚊帐布，被絮，保暖填料、尿布湿等。工业上：地毯、渔网，帆布，水龙带，医学上带代替棉纱布，做卫生用品。 七、氨纶(弹性纤维) ： 弹性最好，强度最差，吸湿差，有较好的耐光、耐酸、耐碱、耐磨性。 用途：氨纶利用它的特性被广泛地使用于内衣，女性用内衣裤，休闲服，运动服，短袜，连裤袜，绷带等为主的纺织领域，医疗领域等。氨纶是追求动感及便利的高性能衣料所必需的高弹性纤维。氨纶比原状可伸长 5-7 倍，所以穿着舒适、手感柔软、并且不起皱，可始终保持原来的轮廓。聚酰胺俗称尼龙（Nylon），英文名称
15、Polyamide（简称 PA），是分子主链上含有重复酰胺基团NHCO的热塑性树脂总称。包括脂肪族 PA，脂肪芳香族 PA 和芳香族 PA。其中，脂肪族 PA 品种多，产量大，应用广泛，其命名由合成单体具体的碳原子数而定。是美国著名化学家卡罗瑟斯和他的科研小组发明的。尼龙1,是聚酰胺纤维（锦纶）是一种说法. 可制成长纤或短纤。】锦纶，学名聚酰氨纤维，是中国所产聚酰胺类纤维的统称。国际上称尼龙。强度高.耐磨性,回弹性好，可以纯纺和混纺作各种衣料及针织品。主要品种有锦纶 6 和锦纶 66，其物理性能相差不多。锦的历史泛指具有多种彩色花纹的丝织物。锦的生产工艺要求高，织造难度大，所以它是古代最贵重的
16、织物。“绵，金也，作之用功重，其价如金。”古人把色看成和黄金等价。这种织物有经起花和纬起花两种，也叫经锦和纬锦。经锦是用两组或两组以上的经线同一组纬线交织。经线多的二色或三色，一色一根作为一副，如果需要更多的颜色，也可以使用牵色条的方法。纬线有明纬和夹纬；用夹纬把每副中的表经和底经分隔开，用织物正面的经浮点显花。锦已有 3000年以上的历史，战国、西汉以前流行以二色或三色经轮流显花的经锦，包括局部饰以挂经的挂锦、具有立体效果的凸花锦和绒锦。1959 年在新疆民丰尼雅遗址发现的东汉“万年如意锦”使用绛、白、绛紫、淡蓝、渥绿五色，通幅分成十二个色条，就是汉代典型的经锦。纬锦是用两组或两组以上的纬线
17、同一组经线交织。经线有交织经和夹经；用织物正面的纬浮点显花。1969 年在新疆阿斯塔那发现的唐代锦袜，在大红色地上起各种禽鸟花朵和行云的图案，就属于这一种锦。经锦和纬锦具有不同的织造效果。经锦的纬密比较低，只用一把梭子，生产效率比较高。纬锦织造比较费时，但可以使用两把以上的梭子，容易变换色彩，色彩丰富。这两种锦在中国出现的时间都比较早。但是六朝以前织造的，以经起花为主；隋唐以后织造的，似乎以纬起花为主。在苏联的巴泽雷克发现一批中国战国时期的丝绸，就有用红绿二色纬线织造的纬斜纹起花的纬锦。产生于宋代前后的宋锦以地经、地纬交织成经斜组织，按结经与纹纬交织成纬斜组织。金元之际流行加金的丝织物织金锦，
18、又称“纳石失”。明清时盛行以挖花缎的彩纬多达 3040 种，锦面的经、纬方向都有逐花异色的效果，是中国织锦最高水平的代表。锦在历史上曾用多棕多蹑机和束棕花楼机织造，现代生产采用纹版提花机。HNCO【 中 文 名 称 】 异 氰 酸 【 英 文 名 称 】 cyanic acid 【 存 在 】 在 蒸 汽 状 态 或 乙 醚 溶 液 中 游 离 酸 只 以 异 氰 酸 形 式 存 在 （ H-N=C=O） 而 不 是 氰 酸 （ H-O-CN） 与 异 氰 酸 （ H-N=C=O） 的 混 合 物 【 密 度 】 1.14 【 沸 点 （ ） 】 23.6 【 性 状 】 有 强 烈 乙 酸
19、气 味 的 液 体 。 【 制 备 或 来 源 】 可 由 氰 尿 酸 经 加 热 分 解 而 制 得 。 【 其 他 】 与 异 氰 酸 一 起 称 为 氰 酸 。 在 水 溶 液 中 显 示 极 强 酸 性 。 有 挥 发 性 和 腐 蚀 性 。性 质 不 稳 定 ， 易 聚 合 。 一 般 用 作 原 料 和 醇 反 应 生 成 异 氰 酸 酯 【 化 合 价 】 H:+1, O:-2, C:+4, N:-3 铁电材料是指材料的晶体结构在不外加电场时就具有自发极化现象，其自发极化的方向能够呗外加电场反转或重新定向。这类材料就是铁电材料，希望对你有帮助 相对于其它类型的半导体技术而言，铁电
20、存储器具有一些独一无二的特性。传统的主流半导体存储器可以分为两类-易失性和非易失性。易失性的存储器包括静态存储器 SRAM（static random access memory)和动态存储器 DRAM （dynamic random access memory)。 SRAM 和 DRAM 在掉电的时候均会失去保存的数据。 RAM 类型的存储器易于使用、性能好，可是它们同样会在掉电的情况下会失去所保存的数据。非易失性存储器在掉电的情况下并不会丢失所存储的数据。然而所有的主流的非易失性存储器均源自于只读存储器（ROM）技术。正如你所猜想的一样，被称为只读存储器的东西肯定不容易进行写入操作，而事实
21、上是根本不能写入。所有由 ROM 技术研发出的存储器则都具有写入信息困难的特点。这些技术包括有 EPROM (几乎已经废止）、EEPROM 和 Flash。 这些存储器不仅写入速度慢，而且只能有限次的擦写，写入时功耗大。铁电存储器能兼容 RAM 的一切功能，并且和 ROM 技术一样，是一种非易失性的存储器。铁电存储器在这两类存储类型间搭起了一座跨越沟壑的桥梁-一种非易失性的 RAM存储器分为易失性和非易失性，如 DRAM,SRAM,ROM,FLASH,E2PROM,等铁电是属于非易失性的，可上百万次读写的存储，存储的原理类似于 DRAM,由一个 NMOS 管，和一个 CAP 组成，可以参考一本
22、 COMS 数字集成电路（第二版），那上面讲的很详细，在芯片里面就是有行译码，列译码，读出写入缓冲器，位读出放大器组成。它的的读出写入时序很简单，只要按照加电压的顺序来就可以，要预充电之类的。应用于简单存储，类似于 EEPROM，应该了解这个吧铁电存储器（FRAM）产品将 ROM 的非易失性数据存储特性和 RAM 的无限次读写、高速读写以及低功耗等优势结合在一起。FRAM 产品包括各种接口和多种密度，像工业标准的串行和并行接口，工业标准的封装类型，以及4Kbit、 16Kbit、64Kbit、 256Kbit 和 1Mbit 等密度。非易失性记忆体掉电后数据不丢失。可是所有的非易失性记忆体均源
23、自 ROM技术。你能想象到,只读记忆体的数据是不可能修改的。所有以它为基础发展起来的非易失性记忆体都很难写入，而且写入速度慢，它们包括 EPROM（现在基本已经淘汰）,EEPROM 和 Flash，它们存在写入数据时需要的时间长，擦写次数低,写数据功耗大等缺点。 FRAM 提供一种与 RAM 一致的性能,但又有与 ROM 一样的非易失性。 FRAM 克服以上二种记忆体的缺陷并合并它们的优点，它是全新创造的产品，一个非易失性随机存取储存器。FRAM 技术Ramtron 的 FRAM 技术核心是铁电。这就使得 FRAM 产品既可以进行非易失性数据存储又可以像 RAM 一样操作。当一个电场被加到铁电
24、晶体时，中心原子顺着电场的方向在晶体里移动，当原子移动时，它通过一个能量壁垒，从而引起电荷击穿。 内部电路感应到电荷击穿并设置记忆体。移去电场后中心原子保持不动，记忆体的状态也得以保存。FRAM 记忆体不需要定时刷新，掉电后数据立即保存，它速度很快，且不容易写坏。FRAM 存储器技术和标准的 CMOS 制造工艺相兼容。铁电薄膜被放于 CMOS base layers 之上，并置于两电极之间，使用金属互连并钝化后完成铁电制造过程。Ramtron 的 FRAM 记忆体技术从开始到现在已经相当成熟。 最初 FRAM 记忆体采用二晶体管/ 二电容器的( 2T/2C) 结构，导致元件体积相对较大。 最近
25、发展的铁电材料和制造工艺不再需要在铁电存储器每一单元内配置标准电容器。Ramtron 新的单晶体管/ 单电容器结构记忆体可以像 DRAM 一样进行操作，它使用单电容器为存储器阵列的每一列提供参考。与现有的 2T/2C 结构相比，它有效地把内存单元所需要面积减少一半。新的设计极大的改进了 die leverage 并且降低了 FRAM 存储器产品的生产成本。Ramtron 公司现采用 0.35 微米制造工艺，相对于现有的 0.5 微米的制造工艺而言，这极大地降低芯片功耗，提高了成本效率。这些令人振奋的发展使 FRAM 在人们日常生活的各个领域找到了应用的途径。从办公复印机、高档服务器到汽车安全气
26、囊和娱乐设备， FRAM 使一系列产品的性能得到改进并在全世界范围内得到广泛的应用。铁电应用数据采集与记录存储器（FRAM）可以让设计者更快、更频繁地将数据写入非易失性存储器，而且价格比 EEPROM 低。数据采集通常包括采集和存储两部分，系统所采集的数据（(除临时或中间结果数据外)需要在掉电后能够保存，这些功能是数据采集系统或子系统所具有的基本功能。在大多数情况下，一些历史记录是很重要的。典型应用：仪表 (电表、气表、水表、流量表)、RF/ID、仪器,、和汽车黑匣子、安全气袋、GPS 定位系统、电力电网监控系统。参数设置与存储FRAM 通过实时存储数据帮助系统设计者解决了突然断电数据丢失的问
27、题。参数存储用于跟踪系统在过去时间内的改变，它的目的包括在上电状态时恢复系统状态或者确认一个系统错误。总的来说，数据采集是系统或子系统的功能，不论何种系统类型，设置参数存储都是一种底层的系统功能。典型应用： 影印机,打印机, 工业控制, 机顶盒 (Set-Top-Box), 网络设备（网络调制解调器）和大型家用电器。非易失性缓冲铁电存贮器（FRAM）可以在数据传递储存在其它存储器之前快速存储数据。在此情况下，信息从一个子系统非实时地传送到另一个子系统去.。由于资料的重要性, 缓冲区内的数据在掉电时不能丢失.，在某些情况下，目标系统是一个较大容量的存储装置。FRAM 以其擦写速度快、擦写次数多使
28、数据在传送之前得到存储。典型应用：工业系统、银行自动提款机 (ATM), 税控机, 商业结算系统 (POS), 传真机，未来将应用于硬盘非易失性高速缓冲存储器。SRAM 的取代和扩展铁电存贮器（FRAM） 快速擦写和非易失性等特点，令系统工程师可以把现有设计中的 SRAM 和 EEPROM 器件整合到一个铁电存贮器（ FRAM）里，或者简单地作为 SRAM 扩展。在多数情况下，系统使用多种存储器类型，FRAM 提供了只使用一个器件就能提供 ROM,RAM 和 EEPROM 功能的能力，节省了功耗, 成本, 空间，同时增加了整个系统的可靠性。最常见的例子就是在一个有外部串行 EEPROM 嵌入式
29、系统中，FRAM 能够代替 EEPROM,同时也为处理器提供了额外的 SRAM 功能。典型应用：便携式设备中的一体化存储器，使用低端控制器的任何系统。深圳华胄科技有限公司-RAMTRON 铁电存储器代理商网址： 1| 评论 264128541 71621158 26dad7eebaf3b5 最 后 的 水 滴 %D7%EE%BA%F3%B0 00 1056514165 0 78420400 02008-12-11 20:02 know1 | 二级 铁电存储器有两种基本工作模式10：一种是破坏性读出（DRO）；另一种是非破坏性读出（NDRO）。其中 DRO 铁电存储器是利用铁电薄膜的电容效应，以
30、铁电薄膜电容取代常规的存储电荷的电容；而 NDRO 铁电存储器则是利用铁电薄膜的极化特性，以铁电薄膜取代常规 MOS 场效应管中的栅介质层而构成的 MFS 结构铁电场效应晶体管作为存储单元。铁电随机存储器（FRAM）结构类似于现有的半导体动态随机存储器（DRAM），是把铁电电容集成于现有的一种电路之上，其中开关型铁电薄膜电容器是其信息存储读取的核心部件，如图 1.3 所示14。它是通过铁电薄膜电容器与 Si 或 GaAs 场效应器件相结合，利用铁电薄膜的极化反转来实现数据的写入与读取。其中铁电元件的Pr 状态分别代表二进制数字系统中“1”和“0” ，所以它是基于极化反转的一种应用2。但是，这种
31、读取信息是破坏性的，读出后需重新写入数据。所以 FRAM 在信息读取过程中伴随着大量擦除/重写的操作。随着铁电存储单元不断地极化反转，开关电容的 Pr 和 Ec 逐渐降低，以致开关电流与非开关电流的差别越来越小，“0”、“1”两态也逐渐变得彼此接近以致难以区分。因此，DRO 的工作状态是此类存储器发生疲劳失效的根源所在。所以要求薄膜具有良好的抗疲劳性、大的介电常数。实用的 FRAM 器件应至少能经受住 1012 次开关循环，这正是目前制约 FRAM 性能进一步提高的关键之一 铁电材料，是指具有铁电效应的一类材料，它是热释电材料的一个分支。铁电材料及其应用研究已成为凝聚态物理、固体电子学领域最热
32、门的研究课题之一。由于铁电材料具有优良的铁电、介电刀、热释电及压电等特性，它们在铁电存储器、红外探测器、声表面波和集成光电器件等固态器件方面有着非常重要的应用，这也极大地推动了铁电物理学及铁电材料的研究和发展。目前，世界上的铁电元件的年产值己达数百亿美元。铁电材料是一个比较庞大的家族，目前应用得最好的是系列。但是由于铅的有毒性及此类铁电材料居里温度低、耐疲劳性能差等原因，应用范围受到了限制。开发新一代铁电陶瓷材料己成为当今的热门问题。目录 隐藏 1 概述 2 基本性质 3 研究进展 4 展望 5 参考资料 铁电材料-概述 铁电材料，是热释电材料中的一类。其特点是不仅具有自发极化，而且在一定温度
33、范围内，自发极化偶极矩能随外施电场的方向而改变。它的极化强度 P 与外施电场强度 E 的关系曲线如图所示，与铁磁材料的磁通密度与磁场强度的关系曲线（B-H 曲线）极为相似。极化强度 P 滞后于电场强度 E,称为电滞曲线。电滞曲线是铁电材料的特征。即当铁电晶体二端加上电场 E 后，极化强度 P 随 E 增加沿 OAB 曲线上升，至 B 点后 P 随 E 的变化呈线性(BC 线段)。E 下降，P 不沿原曲线下降，而是沿 CBD 曲线下降。当 E 为零时,极化强度 P 不等于零而为 Pb,称为剩余极化强度。只有加上反电场 EH 时 P 方等于零,EH 称为铁电材料的矫顽电场强度。CBDFGHIC 构
34、成整个电滞曲线。铁电晶体是由许多小区域(电畴)所组成，每个电畴内的极化方向一致，而相邻电畴的极化方向则不同。从宏观来看，整个晶体是非极化的，呈中性。在外电场作用下，极化沿电场方向的电畴扩大。当所有电畴都沿外电场方向，整个晶体成为单畴晶体，即到达图上饱和点 B,当外电场继续增加, 此时晶体只有电子和离子极化,与普遍电介质一样，P 与 E 成直线关系（ BC 段），延长 BC 直线交P 轴于 T,相应的极化强度 Ps 即为该晶体的自发极化强度。在某一温度以上，铁电材料的自发极化即消失，此温度称为居里点。它是由低温的铁电相改变为高温的非铁电相的温度。典型铁电材料有：钛酸钡（BaTiO3）、磷酸二氢钾
35、(KH2PO4)等。过去对铁电材料的应用主要是利用它们的压电性、热释电性、电光性能以及高介电常数。近年来，由于新铁电材料薄膜工艺的发展，铁电材料在信息存储、图像显示和全息照像中的编页器、铁电光阀阵列作全息照像的存储等已开始应用。铁电材料-基本性质 钛酸钡铁电材料晶体结构示意图 铁电体是这样的晶体，其中存在自发极化，且自发极化有两个或多个可能的取向，在电场作用下，其取向可以改变。故自发极化是铁电体物理学研究的核心问题。极化是一种极性矢量，自发极化的出现在晶体中造成了一个特殊方向。每个晶胞中原子的构型使正负电荷重心沿核方向发生相对位移，形成电偶极矩。整个晶体在该方向上呈现极性，一端为正，一端为负。
36、因此，这个方向与晶体的其它任何方向都不是对称等效的，称为特殊极性方向。在晶体学 32 个点群中，只有 10 个具有特殊极性方向，这十个点群称为极性点群。晶体在整体上呈现自发极化，意即在其正负端分别有一层正的和负的电荷。束缚电荷产生的电场在晶体内部与极化反向，称为退极化场，它使静电能升高。在受机械约束时，伴随着自发极化的应变还将使应变能增加。所以均匀极化的状态是不稳定的，晶体将分成若干个小区域，每个小区域内部电偶极子沿同一方向，但各个小区域中电偶极子方向不同。这些小区域称为电畴或畴。畴之间的界叫畴壁。畴的出现使晶体的静电能和应变能降低，但畴壁的存在引入了畴壁能。总自由能取极小值的条件决定了电畴的
37、稳定构型。铁电体的极化随电场的变化而变化，极化强度与外加电场关系。当电场较强时，极化与电场之间呈非线性关系，在电场作用下，新畴成核长大，畴壁移动，导致极化转向。在电场很弱时，极化线性地依赖于电场，此时可逆的畴壁移动占主导地位。当电场增强时，新畴成核，畴壁运动成为不可逆，极化随电场的增加比线性段块。当电场达到点时，晶体成为单畴，极化趋于饱和。当电场进一步增强，由于感应极化的增加，总极化仍然增大段。如果趋于饱和后电场减小，极化将沿着曲线减小。当电场达到零时，晶体在宏观上仍为极化态。线段所示的值即称为剩余极化。将线段延长与轴交于，线段即是自发极化。当电场反向，极化沿着曲线移动，直至达到另一极化最大值
38、。EH 代表的电场是使极化等于零的电场，称为矫顽场。晶体的铁电性通常只存在一定的温度范围。当温度超过某一值时，自发极化消失，铁电体变成顺电体。铁电相与顺电相之间的转变称为铁电相变，该温度称为居里温度或者居里点。晶体结构是铁电体物理学的基础。铁电体按晶体结构可以大致分为以下几类1、含氧八面体的铁电体，2 、含氢键的铁电体，3、含氟八面体的铁电体，4、含其它离子基团的铁电体，5、铁电聚合物和铁电液晶。铁电材料-研究进展 一般认为，铁电体的研究始于年，当年法国人发现了罗息盐酒石酸钾钠，场的特异的介电性能，导致了“铁电性”概念的出现。迄今铁电研究可大体分为四个阶段。第一阶段是 1920-1939 年，
39、在这一阶段中发现了两种铁电结构，即罗息盐和系列。第二阶段是 1940-1958 年，铁电维象理论开始建立，并趋于成熟。第三阶段是年到年代，这是铁电软模理论出现和基本完善的时期，称为软模阶段。第四阶段是 80 年代至今，主要研究各种非均匀系统。到目前为止，己发现的铁电晶体包括多晶体有一千多种。从物理学的角度来看，对铁电研究起了最重要作用的有三种理论，即德文希尔但等的热力学理论，的模型理论，。父和的软模理论。近年来，铁电体的研究取得不少新的进展，其中最重要的有以下几个方面。1、第一性原理的计算。现代能带结构方法和高速计算机的反展使得对铁电性起因的研究变为可能。通过第一性原理的计算，对，仇和等铁电体
40、，得出了电子密度分布，软模位移和自发极化等重要结果，对阐明铁电性的微观机制有重要作用。2、尺寸效应的研究。随着铁电薄膜和铁电超微粉的发展，铁电尺寸效应成为一个迫切需要研究的实际问题。近年来，人们从理论上预言了自发极化、相变温度和介电极化率等随尺寸变化的规律，并计算了典型铁电体的铁电临界尺寸。这些结果不但对集成铁电器件和精细复合材料的设计有指导作用，而且是铁电理论在有限尺寸条件下的发展。3、铁电液晶和铁电聚合物的基础和应用研究。1975 年 MEYER 发现，由手性分子组成的倾斜的层状相相液晶具有铁电性。在性能方面，铁电液晶在电光显示和非线性光学方面很有吸引力。电光显示基于极化反转，其响应速度比
41、普通丝状液晶快几个数量级。非线性光学方面，其二次谐波发生效率已不低于常用的无机非线性光学晶体。聚合物的铁电性在年代末期得到确证。虽然的热电性和压电性早已被发现，但直到年代末才得到论证，并且人们发现了一些新的铁电聚合物。聚合物组分繁多，结构多样化，预期从中可发掘出更多的铁电体，从而扩展铁电体物理学的研究领域，并开发新的应用。4、集成铁电体的研究。铁电薄膜与半导体的集成称为集成铁电体洋，近年来广泛开展了此类材料的研究。铁电存贮器的基本形式是铁电随机存取存贮器。早期以为主要研究对象，直至年实现了的商业化。与五六十年代相比，当前的材料和技术解决了几个重要问题。一是采用薄膜，极化反转电压易于降低，可以和
42、标准的硅或电路集成，二是在提高电滞回线矩形度的同时，在电路设计上采取措施，防止误写误读，三是疲劳特性大有改善，已制出反转次数达仍不显示任何疲劳的铁电薄膜。在存贮器上的重大应用己逐渐在铁电薄膜上实现。与此同时，铁电薄膜的应用也不局限于，还有铁电场效应晶体管、铁电动态随机存取存贮器等。除存贮器外，集成铁电体还可用于红外探测与成像器件，超声与声表面波器件以及光电子器件等。可以看出，集成薄膜器件的应用前景不可估量。在铁电物理学内，当前的研究方向主要有两个一是铁电体的低维特性，二是铁电体的调制结构。铁电体低维特性的研究是应对薄膜铁电元件的要求，只有在薄膜等低维系统中，尺寸效应才变得不可忽略脚一。极化在表
43、面处的不均匀分布将产生退极化场，对整个系统的极化状态产生影响。表面区域内偶极相互作用与体内不同，将导致居里温度随膜厚而变化。薄膜中还不可避免地有界面效应，薄膜厚度变化时，矫顽场、电容率和自发极化都随之变化，需要探明其变化规律并加以解释。铁电超微粉的研究也逐渐升温。在这种三维尺寸都有限的系统中，块体材料的导致铁电相变的布里渊区中心振模可能无法维持，也许全部声子色散关系都要改变。库仑作用将随尺寸减小而减弱，当它不能平衡短程力的作用时，铁电有序将不能建立。铁电材料-展望 高性能的铁电材料是一类具有广泛应用前景的功能材料,从目前的研究现状来看,对于具有高性能的铁电材料的研究和开发应用仍然处于发展阶段.
44、研究者们选用不同的铁电材料进行研究,并不断探索制备工艺,只是到目前为止对于铁电材料的一些性能的研究还没有达到令人满意的地步.比如,用于制备铁电复合材料的陶瓷粉体和聚合物的种类还很单一,对其复合界面的理论研究也刚刚开始 ,铁电记忆器件抗疲劳特性的研究还有待发展.总之,铁电材料是一类具有广阔发展前景的重要功能材料,对于其特性的研究与应用还需要我们不断的研究与探索 ,并给予足够的重视. 压电效应求助编辑百科名片压电效应压电效应：某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效
45、应。当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应，或称为电致伸缩现象。依据电介质压电效应研制的一类传感器称为为压电传感器。目录英文名称 压电效应分类 正压电效应 逆压电效应 压电效应历史与应用 打火机演示压电效应 测量仪器及附件选择 电压幅值的估测方法 脉冲持续时间的估测 压电晶体 压电高分子 压电陶瓷-新型材料 压电陶瓷的应用 压电效应应用及现状 原理 应用 现状 压电效应的新领域 对发电机原理的介绍 展开 英文名称 压电效应分类 正压电效应 逆压电效应 压电效应历史与应用
46、打火机演示压电效应 测量仪器及附件选择 电压幅值的估测方法 脉冲持续时间的估测 压电晶体 压电高分子 压电陶瓷-新型材料 压电陶瓷的应用 压电效应应用及现状 原理 应用 现状 压电效应的新领域 对发电机原理的介绍 展开 编辑本段英文名称Piezoelectric effect 编辑本段压电效应分类压电效应压电效应可分为正压电效应和逆压电效应。 正压电效应是指：当晶体受到某固定方向外力的作用时,内部就产生电极化现象,同时在某两个表面上产生符号相反的电荷；当外力撤去后，晶体又恢复到不带电的状态；当外力作用方向改变时，电荷的极性也随之改变；晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。压电式传感器大多是
47、利用正压电效应制成的。 逆压电效应是指对晶体施加交变电场引起晶体机械变形的现象。用逆压电效应制造的变送器可用于电声和超声工程。压电敏感元件的受力变形有厚度变形型、长度变形型、体积变形型、厚度切变型、平面切变型 5 种基本形式。 压电晶体是各向异性的，并非所有晶体都能在这5 种状态下产生压电效应。例如石英晶体就没有体积变形压电效应，但具有良好的厚度变形和长度变形压电效应。 依据电介质压电效应研制的一类传感器称为为压电传感器。 这里再介绍一下电致伸缩效应。电致伸缩效应，即电介质在电场的作用下，由于感应极化作用而产生应变，应变大小与电场平方成正比，与电场方向无关。压电效应仅存在于无对称中心的晶体中。
48、而电致伸缩效应对所有的电介质均存在，不论是非晶体物质，还是晶体物质，不论是中心对称性的晶体，还是极性晶体。 编辑本段压电效应历史与应用换能器06 年是居里兄弟皮尔（PCurie）与杰克斯（JCurie）发现压电效应（piezo electric effect，注一）的一百二十六周年。1880 年前在杰克斯的实验室发现了压电性。起先，皮尔致力于焦电现象（pyroelectriceffect，注二）与晶体对称性关系的研究，后来兄弟俩却发现，在某一类晶体中施以压力会有电性产生。他们又系统的研究了施压方向与电场强度间的关系，及预测某类晶体具有压电效应。经他们实验而发现，具有压电性的材料有：闪锌矿（zi
49、ncblende） 、钠氯酸盐（sodiumchlorate ） 、电气石（ tourmaline） 、石英（quartz） 、酒石酸（tartaricacid） 、蔗糖（canesuger） 、方硼石（boracite） 、异极矿（calamine） 、黄晶（topaz）及若歇尔盐（Rochellesalt） 。这些晶体都具有各向异性（anisotropic）结构，各向同性（isotropic ）材料是不会产生压电性的。 在非晶方性晶体中，施一外力使晶体变形，则由于晶格中电荷的移动造成晶体内局部性不均匀电荷分布，而产生一电位移。电荷的位移是由于晶体内部所有离子的移动，或者因为原子轨道上电子分布的变形而引起离子偏极化所造成，这些电荷位移现象在所有材料中都存在，可是要具有压电效应，则必须能在材料每单位体积中造成有效地净的电双极矩变化。是否能有这种变化，端视晶格结构之对称性而定。压电现象理论最早是李普曼（Lippmann）在研究热力学原理时就已发现，后来在同一年，居里兄弟做实验证明了这个理论，且建立了压电性与晶体结构的关系。1894 年，福克特（W.Voigt ）更严谨地定出晶体结构与压电性的关系，他发现 32 种晶类（class）可能具有压电效应（32
