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摘 要

在相变研究中，研究最多的就是有机无机杂化化合物，其中包括胺盐、磷盐杂化晶体化合物，它优异的性能和多样的结构使其在研究领域日益成为人们关注的焦点，而在铁电材料的研究中最重要的就是对铁电性质的探索，如介电性、热电性表现出良好的固态电性能，因此对它的研究也是很有价值的。本文从晶体结构分析和介电性能方面研究了相变的特征，一共总结了4种产生相变的原因且共举例了7种化合物来介绍，4种主要的相变分别是阳离子有序-无序转变引起的相变、阴离子有序-无序转变引起的相变、冠醚分子有序-无序转变引起的相变和从晶态到非晶态的相变。并且具体阐述了电热制冷的机制，与此同时，还详细的介绍了多种类型的铁电材料和它的优势及应用。

关键词：介电；晶体；相变；电热效应

Application and Research of Dielectric and Electrothermal Effects of Crystal Ferroelectric Materials

Abstract

In the vicinity of the phase transition point there are many different phenomena in the ferroelectric material, such as e.g. B. dielectric anomalies. This is an important basis for assessing whether this ferroelectric material is a qualified phase change material. In addition, the difference in thermodynamic properties is also standard. In the phase transition study, the most studied organic and inorganic hybrid compounds, including amine salt, crystalline phosphorus salt compound compounds, its excellent properties and various structures make it very popular in the field of research and in ferroelectric materials. The most important thing in research is the research of ferroelectric properties such as dielectric properties and electrothermal properties, which have good electrical properties in the solid state. Therefore, the research is also very valuable. . In recent years, environmental protection, high efficiency, reliability and other features have been synonymous with adiabatic depolarization refrigeration technology. It was developed based on electrothermal properties and unanimously welcomed by researchers around the world. This article examines the properties of phase transitions with a view to analyzing the crystal structure and dielectric properties. A total of 4 causes for phase transitions are summarized and 7 connections are shown to introduce them. The four main phase transitions are cationic - no the phase transition caused by the order transition, the phase transition caused by the order disorder anion transition, the phase transition caused by the order transition - disruption of the crown ether molecule and phase transition from crystalline to amorphous. In addition, the mechanism of electrothermal cooling is explained in detail while at the same time different types of ferroelectric materials as well as their advantages and applications are presented.

Keywords: Dielectric; Crystal;Phase Transition;Electrothermal Effect

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.2国内外研究动态 1

第二章 晶体的基本性质 3

2.1晶体的基本性质 3

2.1.1均一性 3

2.1.2对称性 3

2.1.3稳定性 3

2.2晶体的电学性质 3

2.2.1晶体的介电性质 3

2.2.2晶体的热电性质 4

2.3 相变材料研究 4

2.3.1重建型相变和位移型相变 4

2.3.2有序-无序型相变 4

第三章 晶体铁电材料的性质研究 6

3.1晶体铁电材料的相变和介电性质的研究 6

3.1.1 相变理论 6

3.1.2 阳离子有序-无序转变引起的相变 6

3.1.3 阴离子有序-无序转变引起的相变 10

3.1.4 冠醚分子有序-无序转变引起的相变 12

3.1.5从晶态到非晶态的相变 14

3.2 晶体铁电材料的电热效应研究 16

3.2.1 基本理论依据 16

3.2.2电热制冷过程 18

第四章 铁电材料的应用 19

4.1铁电材料的电热效应方面的应用 19

4.2其他新型铁电材料的优点及应用 19

4.2.1 纳米铁电复合材料 19

4.2.2 弛豫铁电体 20

4.2.3 磁性铁电材料 20

第五章 总结与展望 22

致谢 23

参考文献 24

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

铁电材料有很多优异的性质，如介电性、热电性^[1]等等，本文重点介绍的也是这两种性质。所以铁电材料的应用范围十分的广泛，既可以提供能源、传递信息、传感，还在医学领域上也有普遍的应用，所以它是一类十分重要的功能性材料。自20世纪以来，铁电材料由于其优异的性质一直活跃在应用的舞台上。探寻没有被发现过的、最新的、性能优良的铁电化合物是眼下铁电材料研究最刻不容缓的任务。铁电相和顺电相^[2]是铁电材料的两种形态，在目前发现的铁电化合物都会产生两相转换。在相变点附近，铁电材料会出现很多不同的现象，例如介电异常等，这是判断这一铁电材料是不是一个合格的相变材料的重要依据，此外，热力学性质的差异也是一个重要标准。所以，在探寻符合相变规律的铁电化合物的同时，需要对物质进行介电性质的测量和热电性质的研究。

1.2国内外研究动态

铁电材料具有自发极化性^[3]，这是它最根本的特征，它的这种特性决定了自发极化的方向。在外电场的作用下，铁电材料的自发极化方向会改变方向和发生变化。利用它的这种有很强大的记忆功能，存入的数据不会消失的特性并且有介电开关性质，可以成功的研制出新型的存储器——铁电存储器。铁电储存器有两个很厉害的特性，使其在计算机还有电子领域中能够发挥重要的作用，一是它的读写速度十分的迅速，二是它有很强大的记忆功能，存入的数据不会消失。从1921年发现罗息盐（四水合酒石酸钾钠）具有铁电性质以来，科学家们又发现了很多种新的分子铁电体，例如有机铁电体、有机-无机杂化的铁电体，这是近几十年来的重大发现。由于铁电材料优良的特性，所以科学家们对铁电材料的研究投入的越来越多，使其在性质和应用的上发现也有重大的突破。2010年Tokura等人^[4]报道了一个非常简单的有机酸Croconic acid（H₂C₅O₅），由于氢键有序化导致了室温铁电性（如图1.1），其他实验测量出BaTiO₃在室温时自发极化接近26 μC/m²，而有机酸Croconic acid（H₂C₅O₅）自发极化强度也达到了26 μC/cm²，两者已经十分的相近了。

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