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浅谈弛豫铁电体的研究状况及进展摘要：铁电材料具有良好的铁电性、压电性、热释电以及非线性光学等特性特别是驰豫铁电体是近20年发展起来的国际高新技术材料。本文主要介绍了驰豫铁电体的介电特征和理论模型总结概括了BaTiO3基复合钙钛矿型驰豫铁电体的研究和铁电体的研究新进展。关键词：铁电材料驰豫铁电体中图分类号：一、弛豫铁电体的介电特征铁电体是一类特殊的电介质其介电常数的特点是数值大、非线性效应强、有着显著的温度依赖性和频率依赖性。但是由于其结构的原因很多铁电体的居里温度偏高使其介电常数在较高温度时才有最大值而在室温下介电常数远小于居里点的介电常数从而大大限制了其使用性能。因此必须改变铁电体的结构使其居里温度降低、介电常数增大、适用的温度范围变宽由此提出了弛豫铁电体(RFE)的概念。1955年G.I.Skanavi首先在钛酸锶铋(SBT)铁电体中发现一个明显的弥散区域而后G.A.Smolenkii等又发现了一大类以铌镁酸铅(Pb(Mg1/3Nb2/3)O3PMN)为代表的复合钙钛矿型化合物它们既有明显的铁电性又呈现出强烈的弛豫特性。这类材料便被称为扩散相变型铁电体(DPT)或弛豫型铁电体(RFE)。严格来说把具有以下介电特征的铁电体称为弛豫铁电体[12]：一是相变弥散即铁电到顺电相变是一个渐变的过程没有一个确定的居里温度Tc表现为介电常数与温度的关系曲线中介电峰的宽化通常将其介电常数最大值所对应的温度Tm作为一个特征温度；二是频率色散现象即在Tm温度以下随频率增加介电常数下降损耗增加介电峰和损耗峰向高温方向移动；三是在转变温度Tm以上仍然存在较大的自发极化强度。弛豫铁电体的介电常数和温度的关系不再符合Curie-Weiss定律。弛豫铁电体主要有复合钙钛矿型驰豫铁电体钨青铜型驰豫铁电体和聚合物驰豫铁电体其中复合钙钛矿型驰豫铁电体是近年来研究得最多的一类。弛豫铁电体具有极高的介电常数、相对低的烧结温度以及由“弥散相变”引起的较低容温变化率大的电致伸缩系数和几乎无滞后的特点使其在多层陶瓷电容器(MLCC)和新型电致伸缩器件方面有着巨大的应用前景；透明弛豫铁电体具有优异的电光和开关特性可用于电光存储、开关和记忆元件。二、弛豫铁电体的理论模型典型的弛豫铁电体材料为PMN、PZT、PZN和PST(Pb(Sc1/2Ta1/2)O3等。针对弛豫铁电体的这些弛豫特性人们先后提出了一系列的理论模型来解释这些理论深化了人们对这类材料的认识为更好地利用这类材料提供了理论指导。同时弛豫铁电体实际应用的发展更使理论研究走向深入因此有必要回顾一下这些理论：成分波动理论前苏联学者GASmolensky和VAIsupov提出了著名的成分波动理论(SI模型)：极化是顺电立方相与轻度畸变的铁电相之间的扩散相变引起的。在复合钙钛矿型晶体中同一个结晶学位置可能由不同种B位离子(如Mg2+、Nb5+)随机占位B位两种离子的无序分布导致材料内部化学组分的不均匀从而使其内部不同微观区域具有不同的化学成分而弛豫铁电体的铁电-顺电相变温度(居里温度)对成分非常敏感这就使不同微观区域具有不同的居里温度。各个微观区域性质的总合就表现为弛豫铁电体的宏观性能呈现出一种宽化行为即铁电-顺电相变发生在一个弥散性的居里温区相变范围内的每一个温度点上都是铁电相和顺电相共存。当温度很高时晶体中绝大部分区域都是顺电相。当温度T略低于所有微区中最高的Tc时部分居里温度较低的区域由顺电相转变为铁电相在顺电基体中形成一个个孤立的铁电极性微区。极性微区的临界尺寸大约为10nm左右。对于每一个极性微区自发极化可以沿几个对称的晶体方向例如在PMN中有八个等价的[111]方向为易极化方向。热扰动使极化微区的电偶极矩在这几个方向之间跃迁。施加外场时电偶极矩将转向与外电场最接近的方向。这种固有电偶极矩的转向极化就导致了频率色散。温度进一步降低铁电区逐渐融合并在材料中整体占优导致顺电相成为分布在铁电基体中的孤立“岛屿”；当温度很低时顺电相完全转化为铁电相。因此VAIsupov认为铁电微区及其边界的弛豫是弛豫铁电体特有的弛豫机制并且定性说明了弛豫铁电体介电常数和介电损耗随频率及温度的变化关系使得成分波动理论成为人们广泛接受的理论模型。成分波动理论可以定性解释弛豫铁电体的一些主要特点如弥散相变、频率色散、Tm温度以上剩余极化等。材料中成分起伏的说法至今仍被用来解释弛豫电介质中的现象而且它最早提出了极性微区的概念是今后铁电介电弛豫理论发展的基础概念。但它没有指出这些微区在结构上有什么特征也不能解释准同型相界的存在如在PMN-PT(Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3)中当PT<33mol%时呈现弛豫体特征而在PT含量超过这个界限时弛豫特征消失而显示出正常铁电体的性质[3]也就