铁电体物理基础
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天津西青
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作者曹万强 著
出版社科学出版社
ISBN9787030792013
出版时间2024-08
装帧平装
开本16开
定价198元
货号1203352800
上书时间2024-10-23
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目录
序
前言
第1章 绪论 1
1.1 铁电体的基本概念 1
1.2 铁电体的历史 2
1.3 压电性、热释电性与铁电性 3
1.3.1 压电效应 3
1.3.2 热释电效应 5
1.3.3 铁电效应 7
1.4 铁电体的状态 9
1.4.1 铁电体的原始态 9
1.4.2 铁电体的铁电态 11
1.5 铁电体研究中面临的基本问题 12
1.6 铁电体的特点和本书的特色 13
参考文献 14
第2章 晶体的对称性与表示15
2.1 对称操作 16
2.1.1 反演对称 17
2.1.2 旋转对称 (Cn, 对称素为线) 17
2.1.3 镜像反映 (m，对称素为面) 17
2.1.4 旋转–反演对称 18
2.1.5 旋转–反映对称 (n/m) 19
2.1.6 滑移对称 20
2.1.7 螺旋对称 22
2.2 晶轴的定向 23
2.2.1 点群的国际记号 23
2.2.2 等效点系的等效点数目 25
2.3 布拉维格子、晶系及其表示 25
2.3.1 初基格子与非初基格子 25
2.3.2 14 种布拉维格子 26
参考文献 30
第3章 热力学特征函数及其应用 31
3.1 铁电体中的热力学特征函数 31
3.1.1 一般材料的热力学系统 31
3.1.2 铁电体中的热力学函数 32
3.2 铁电体的雅可比行列式表示法 33
3.2.1 热力学中的雅可比行列式 33
3.2.2 铁电体中热力学效应的关联 36
3.2.3 压电体中热力学效应的关联及雅可比行列式表示 39
3.2.4 应力作用下的铁电体吉布斯自由能函数 40
参考文献 41
第4章 铁电体的基本概念与原理 42
4.1 铁电体中的电荷与电场.42
4.1.1 偶极子间的相互作用 42
4.1.2 电场对偶极子自由能的影响 45
4.2 偶极子的转向原理 47
4.3 电滞回线的原理 51
4.3.1 电滞回线的测试原理 51
4.3.2 铁电体电滞回线的描述和传统解释.51
4.3.3 电滞回线中的极化强度 52
4.3.4 相关问题的讨论 54
4.3.5 电滞回线的滞后机理 54
4.4 铁电体的电容率与介电常数 58
4.4.1 电容率 58
4.4.2 铁电体的介电常数 59
4.4.3 铁电体中电容率与介电常数的差异.61
4.4.4 有效场在铁电体中的失效原理.62
4.5 极化的耦合原理 63
4.5.1 耦合与相变 63
4.5.2 耦合与畴的形成 64
4.6 传统的电卡效应理论 65
4.7 居里原理 69
参考文献 70
第5章 铁电体的相变理论 72
5.1 铁电体的软模理论 72
5.2 铁电体的相变原理 77
5.2.1 铁电体相变的热力学函数 78
5.2.2 热力学函数的数学形式 79
5.2.3 多极化强度方向的热力学体系描述.81
5.3 铁电体的顺电相 83
5.3.1 铁电体的顺电相吉布斯自由能.83
5.3.2 铁电体的介电常数机理 84
5.4 掺杂对铁电体相变特性的影响 85
参考文献 88
第6章 二阶相变铁电体 90
6.1 二阶相变铁电体的电滞回线 90
6.1.1 二阶相变铁电体电场方向的吉布斯自由能 91
6.1.2 二阶相变铁电体电场方向的诱导效应 .94
6.1.3 二阶相变铁电体的吉布斯自由能.96
6.1.4 二阶相变铁电体的临界电场 98
6.1.5 二阶相变铁电体的电滞回线 102
6.2 二阶相变铁电体的介电常数与电容率 106
6.2.1 基本原理 107
6.2.2 理论结果与分析 109
6.3 极化强度、电滞回线及介电常数 (教学型) 116
6.3.1 无电场时极化强度和介电常数的温度关系 .116
6.3.2 加电场后的自由能与极化强度 119
6.3.3 一维的简单电滞回线 120
6.3.4 三维的电滞回线、介电常数和电容率.122
6.3.5 半导化对电滞回线的影响 124
6.3.6 死畴对电滞回线的影响 126
6.3.7 加电场后的介电移峰效应 127
6.4 热释电效应原理 128
6.4.1 热释电效应的物理原理 129
6.4.2 热释电效应的测量原理 131
6.4.3 热释电探测模式理论 134
6.4.4 热释电理论数值模拟结果 138
6.4.5 数值模拟结果与实验结果比较 143
6.4.6 铁电体热释电材料的主要特色 145
6.5 铁电体的储能 145
6.5.1 铁电体的储能原理 146
6.5.2 铁电相的储能 147
6.5.3 顺电相的储能 151
6.6 电致伸缩效应原理 155
6.6.1 电致伸缩的热力学原理 155
6.6.2 铁电体的电致伸缩原理 156
6.6.3 饱和电场近似 (教学型) 158
6.6.4 电致伸缩回线原理与数值模拟 162
6.6.5 与实验结果的比较及机理分析 169
6.7 电卡效应原理 170
6.7.1 热释电体的电卡效应 171
6.7.2 铁电体中场致偶极子分布的电卡效应.175
6.7.3 铁电体中偶极子耦合对电卡效应的影响.178
6.7.4 理论结果与分析 179
6.7.5 与实验结果的比较 184
6.7.6 二阶相变铁电体的电卡效应讨论 186
6.8 热电能量转换原理 187
6.8.1 热电能量转换的原理与传统理论 187
6.8.2 Olsen 循环的实验结果 194
6.8.3 Olsen 循环的基本理论 198
6.8.4 Olsen 循环理论的数值模拟结果 200
6.8.5 Olsen 循环的优化策略 205
参考文献 212
第7章 一阶相变铁电体 216
7.1 传统方法的介电常数与极化强度 218
7.1.1 一阶相变铁电体的吉布斯自由能 218
7.1.2 相变温区的特征温度参量 220
7.2 一阶相变铁电体的极化强度 224
7.2.1 三维铁电体的吉布斯自由能 224
7.2.2 正反电场方向的极化强度 225
7.2.3 相变区域内的介电常数 227
7.2.4 电场在相变温区的诱导效应 228
7.2.5 一阶相变铁电体的热滞后效应 232
7.3 相变温区的电滞回线效应 233
7.3.1 铁电相温区的电滞回线原理 233
7.3.2 第一临界区内的原理 236
7.3.3 第二临界区内的原理 238
7.3.4 电滞回线的束腰原理 240
7.4 一阶相变铁电体的介电常数 241
7.4.1 介电常数的基本原理 241
7.4.2 结果与分析 245
7.5 一阶相变铁电体的储能效应 253
7.6 一阶相变铁电体的电致伸缩效应 257
7.6.1 电致伸缩的基本原理 258
7.6.2 理论结果与分析 261
7.7 一阶与二阶相变铁电体的差异.266
7.8 极化强度、电滞回线及介电常数 (教学型) 267
7.8.1 无电场时极化强度和介电常数的温度关系 .267
7.8.2 加电场后的自由能能谷 270
7.8.3 加电场后的极化强度 271
7.8.4 电滞回线 272
7.8.5 加电场后的介电移峰效应 274
参考文献 276
第8章 反铁电体 277
8.1 反铁电体的基本性质278
8.1.1 反铁电体的基本结构特征 278
8.1.2 反铁电体的电滞回线特征 278
8.1.3 反铁电体的介电常数特征 279
8.2 反铁电体的唯象理论281
8.3 反铁电体的极化与介电效应 282
8.3.1 反铁电体的极化 283
8.3.2 反铁电体的介电常数原理 292
8.3.3 电滞回线和介电常数的数值模拟 292
8.4 反铁电体的储能 301
8.4.1 反铁电体的自由能与过渡区 302
8.4.2 极化强度与反铁电体储能机理 303
8.4.3 数值模拟结果 305
8.4.4 结论 312
8.5 反铁电体的热释电效应 312
8.5.1 反铁电体热释电效应的理论 313
8.5.2 数值模拟结果 315
8.5.3 讨论与总结 324
8.6 反铁电体的电致伸缩效应 325
8.6.1 反铁电体电致伸缩的原理 326
8.6.2 数值模拟结果 328
8.6.3 讨论与总结 334
参考文献 336
第9章 弛豫铁电体.339
9.1 弛豫铁电体的基本特征 339
9.1.1 弛豫铁电体的定义与特性 339
9.1.2 弛豫铁电体的结构 346
9.1.3 与一阶相变铁电体的关联性 347
9.1.4 现代测试方法 348
9.1.5 弛豫铁电体的应用 350
9.2 弛豫铁电体的基本理论 350
9.2.1 成分起伏理论 350
9.2.2 平均场理论 351
9.2.3 宏畴-微畴理论 353
9.2.4 超顺电与偶极玻璃模型 353
9.2.5 其他模型 354
9.2.6 总结 355
9.3 弛豫铁电体的偏态分布 356
9.3.1 高斯分布 357
9.3.2 偏态高斯分布函数的介电常数 357
9.3.3 偏态分布函数介电常数的拟合结果 359
9.4 弛豫铁电体的幂律分布理论 360
9.4.1 幂律分布函数 360
9.4.2 幂律的实介电常数 361
9.4.3 弥散型的介电常数 363
9.4.4 与实验结果的比较 364
参考文献 368
第10章 铁电体的复合特性与多铁性 370
10.1 铁电复合材料的介电性 370
10.1.1 复合材料的连通方式 371
10.1.2 线性极性介质的介电常数 372
10.1.3 二元物质的不同混合程度对电容率影响的立方模型 376
10.1.4 复合介质的构建规则 379
10.1.5 无直流电场时复合介质的介电常数 381
10.1.6 外加直流电场的介电常数 382
10.1.7 立方核壳晶粒模型的分布介电常数 384
10.2 铁性相变与多铁性 390
10.2.1 铁性及其唯象理论 390
10.2.2 多铁性 396
参考文献 407
附录 A 铁电晶体的晶系与分类 409
附录 B 铁磁和铁电回线的传统解释 412
内容摘要
本书用物理原理解释了铁电体在电场作用下发生的各种行为。全书分为两部分，第一部分介绍了铁电体的基本特性：铁电性、铁电体的结构与对称性、热力学特征函数和变量的雅可比偏导数、实验测试原理和铁电畴起源，以及铁电体的相变原理。第二部分用统计方法详细阐明了各种铁电体的电极化原理，给出了电滞回线、介电常数、电致伸缩、储能效应和热释电效应的数学公式，并通过对公式的数值模拟与实验结果的对比，解释了各种实验现象随温度变化的原理和电场诱导极化效应。最后，详细解释了弛豫铁电体发生介电弥散的原理，给出了数学公式。基于物理原理澄清了各种概念。本书可供各类从事铁电材料研究的人员参考，部分章节可供研究生阅读。
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