电滞回线的测量方法简介

铁电晶体电滞回线测量方法电滞回线(ferroelectrichysteresisloop)在较强的交变电场作用下，铁电体的极化强度P随外电场呈非线性变化，而且在一定的温度范围内，P表现为电场E的双值函数，呈现出滞后现象。这个P-E（或D-E）回线就称为电滞回线。测量铁电体电滞回线常用方法•冲击检流计描点法•示波器图示法（Sawyer-Tower电路法）示波器图示法测量电滞回线原理图被测样品Cx上串联一个电容量很大的电容器C，为了消除U1和U2之间的相位差，在电容C上并联了一个电阻R，调整R的大小便可使U1和U2之间的相位相同。Cx因为Cx和C0是串联的，故两个电容器上的电荷是一样多的Qx=Qc=Q简化原理图DCADCQCUCU1x221xCUUCCx因为样品的有效面积A和电容C是已知的，A/C为常数故U2与电位移D成正比。对于压电陶瓷，εr1，故D≌P，因此U2与P成正比电容器上的电压U2接到示波器的垂直致偏电极上，垂直幅度Uy与电压U2成正比，也就是说，示波器垂直幅度与电位移D（或极化强度P）成正比。水平致偏电极则接到电位器W的滑动接点上，由于CCx，故UU1，因此水平致偏电极之间的水平幅度电压Ux正比于试样两端的电压U1，而试样两端的电场强度E=U1/d，因此在示波器上可以观察到P-E（或D-E）曲线，即电滞回线。目前，电滞回线的测试电路一般是在Sawyer-Tower电路的基础上进行改进，一般有两种改进方法：物理补偿（即通过添加电阻、电容等电子元器件来消除铁电损耗对电滞回线造成的影响）数字补偿（即利用计算机软件通过一定的公式来消除损耗对电滞回线造成的影响）铁电体的等效电路12021212120121tcos44d44tsin4411RDUDQRPDECDUCDUCDQCPRCJingLiu等人利用数字补偿法对测得的电滞回线进行修正，们在饱和极化区间内连续取k个点，在上升部分定义为N1......Nk，下降部分定义为n1......nk，他们满足ENi=Eni（1≤i≤k），并且每个部分所取的点成线性关系同时根据公式，调整C1和R1使S达到最小。k1iiinNPPS补偿前后的电滞回线谱图实验步骤1.检查仪器连线、档位是否正确，准确无误后按顺序打开仪器。2.选择合适尺寸的测试样品，放入试样盒。3.打开测试软件，选择恰当的设置开始测量。4.记录实验条件，保存测量数据。电滞回线示意图•剩余极化强度Pr(OD)——E=0，自发极化强度的剩余部分（对整个晶体而言）。•饱和极化强度Ps(OE)——线性部分BC段的延长线与极化轴的截距。（对每个电畴而言=每个电畴固有的饱和极化强度）•矫顽电场Ec（OF）——E反向，电畴偶极矩反转，沿E方向的畴=逆E方向的畴，P=0。•电滞回线所包围的面积——电场每变化一周，铁电晶体所消耗的能量。铁电晶体的损耗都比较高。•矩形度——Rsq=（Pr/Ps）+(P1.1Ec/Pr)电滞回线的测量在铁电材料研究的应用1.研究铁电材料非线性问题2.研究铁电材料电疲劳性能3.在铁电材料改性方面的应用电滞回线测量应用举例：Bi0.9Nd0.1FeO3薄膜的电学性能研究◆预处理温度的影响(Tp=250-325℃)•1.所有的薄膜都表现出饱和的电滞回线•2.275℃预处理的薄膜的剩余极化值明显减小◆退火温度的影响(Tm=450℃-525℃)•1.不同退火温度下的薄膜均具有较饱和的电滞回线•2.525℃剩余极化强度和矩形度是四组实验中最大的，而且矫顽场也是最小的，电滞回线饱和程度更高谢谢观看