铁电性

在一些电介质晶体中，晶体的极化程度与电场强度呈现出非线性关系。

由于极化程度与电场强度的关系曲线与铁磁体的磁滞回线形状类似，所以人们把这类晶体称为铁电体（其实晶体中并不含有铁）。

1894年Pockels发现罗息盐具有异常大的压电常数，1920年Valasek发现罗息盐晶体（斜方晶系）铁电电滞回线，1935年、1942年又发现了磷酸二氢钾（KH2PO4）及其类似晶体中的铁电性与钛酸钡（BaTiO3）陶瓷的铁电性。迄今为止，已发现的具有铁电性的材料，有一千多种。

通常，铁电体自发极化的方向不相同，但在一个小区域内，各晶胞的自发极化方向相同，这个小区域就称为铁电畴(ferroelectric domains)。两畴之间的界壁称为畴壁，根据两个电畴的自发极化方向，可分为90°畴壁、180°畴壁等。畴壁通常位于晶体缺陷附近，因为缺陷区存在内应力，畴壁不易移动。

铁电畴与铁磁畴有着本质的差别：

1、铁电畴壁的厚度很薄，大约是几个晶格常数的量级，但铁磁畴壁则很厚，可达到几百个晶格常数的量级（例如Fe，磁畴壁厚约1000 ）；

2、在磁畴壁中自发磁化方向可逐步改变方向，而铁电体则不可能。

一般说来，如果铁电晶体种类已经明确，则其畴壁的取向就可确定。电畴壁的取向可由下列条件来确定：

a）晶体形变

电畴形成的结果使得沿畴壁而切割晶体所产生的两个表面是等同的（即使考虑了自发形变）。

b）自发极化

两个相邻电畴的自发极化在垂直于畴壁方向的分量相等。

如果条件（a）不满足，则电畴结构会在晶体中引起大的弹性应变。若条件（b）不满足，则在畴壁上会出现表面电荷，从而增大静电能，在能量上是不稳定的。

电畴结构与晶体结构有关。BaTiO3的铁电相晶体结构有四方、斜方、菱形三种晶系，它们的自发极化方向分别沿[001]，[011]，[111]方向，这样，除了90°和180°畴壁外，在斜方晶系中还有60°和120°畴壁，在菱形晶系中还有71°，109°畴壁。

铁电畴在外电场作用下，总是要趋向于与外电场方向一致，称作电畴“转向”。电畴转向是通过在外电场作用下新畴的出现、发展以及畴壁的移动来实现的。实验发现，在电场作用下，180°畴的“转向”是通过许多尖劈形新畴的出现、发展而实现的，尖劈形新畴迅速沿前端向前发展。对90°畴的“转向”虽然也产生针状电畴，但主要是通过90o畴壁的侧向移动来实现的。实验证明，这种侧向移动所需要的能量比产生针状新畴所需要的能量还要低。一般在外电场作用下（人工极化）180°电畴转向比较充分；同时由于“转向”时结构畸变小，内应力小，因而这种转向比较稳定。而90度电畴的转向是不充分的，所以这种转向不稳定。当外加电场撤去后，则有小部分电畴偏离极化方向，恢复原位，大部分电畴则停留在新转向的极化方向上，这叫剩余极化。

具有铁电性的晶体可按照结晶状态、极化轴、相态、微观结构、维度模型等标准进行分类。

含有氢键的晶体：磷酸二氢钾（KDP）、三甘氨酸硫酸盐（TGS）、罗息盐（RS）等。这类晶体通常是从水溶液中生长出来的，故常被称为水溶性铁电体，又叫软铁电体；

双氧化物晶体：如BaTiO3（BaO-TiO2）、KNbO3（K2O-Nb2O5）、LiNbO3 （Li2O-Nb2O5）等，这类晶体是从高温熔体或熔盐中生长出来的，又称为硬铁电体．它们可以归结为ABO3型，Ba2+，K+、Na+离子处于A位置，而Ti4+、Nb6+、Ta6+离子则处于B位置。

沿一个晶轴方向极化的铁电体：罗息盐（RS）、KDP等；

沿几个晶轴方向极化的铁电晶体：BaTiO3、Cd2Nb2O7等。

非铁电相无对称中心：钽铌酸钾（KTN）和磷酸二氢钾（KDP）族的晶体。由于无对称中心的晶体一般是压电晶体，故它们都是具有压电效应的晶体；

非铁电相时有对称中心：不具有压电效应，如BaTiO3、TGS（硫酸三甘肽）以及与它们具有相同类型的晶体。

位移型转变的铁电体：这类铁电晶体的转变是与一类离子的亚点阵相对于另一亚点阵的整体位移相联系。属于位移型铁电晶体的有BaTiO3、LiNbO3等含氧的八面体结构的双氧化物；

有序-无序型转变的铁电体：其转变是同离子个体的有序化相联系的．有序-无序型铁电体包含有氢键的晶体，这类晶体中质子的运动与铁电性有密切关系。如磷酸二氢钾（KDP）及其同型盐就是如此。

“一维型”――铁电体极性反转时，其每一个原子的位移平行于极轴，如BaTiO3；

“二维型”――铁电体极性反转时，各原子的位移处于包含极轴的平面内，如NaNO2；

“三维型”――铁电体极性反转时在所有三维方向具有大小相近的位移，如NaKC4H4O6·4H2O。