金属铁电热膨胀断口分析便携式金相显微镜
线性属性
当电活性材料处于其立方的状态，也称为顺电相时，其所有属性都可以
在各向同性材料中找到，包括弹性、机械性、热膨胀系数和比热。然而，
由于顺电状态中心对称，所以它不具有压电、热电以及其他更有趣的耦合
特性。当这种材料在铁电态时这些属性会出现。考虑一个铁电
态单胞。在垂直方向施加电场导致钛离子和氧八面体之间的分离增加，这
超过了由相变引起的初始位移。这种电荷分离意味着单元偶极矩的变化并
导致这种材料的极化／电位移增加。首先，电位移变化和所施加的电场成
比例，从而导致材料的线性介电响应。
随着偶极矩的增大，钛离子和氧八面体之间的附加分离进一步扭曲单
胞的形状并导致宏观应变。此外，在第一阶响应中，材料应变的变化和所
施加的电场成比例。这种线性响应被称为逆压电效应。需要注意的是，施
加一个与初始的自发极化相反的电场将会导致材料回到立方结构，这会造
成电位移（介电效应）和应变（压电效应）的减小。直接压电效应是指当
施加应力或压力时材料的电位移会发生变化。
首先，施加压力将导致材料发生应变，这是标准的弹性，对小应力水平来
说应力和应变成正比。压应力使单胞朝着立方状态收缩。压缩过程伴随着
偶极矩，即钛离子和氧八面体之间的分离的减少，并且第一阶响应是线性
的。注意，热力学因素规定，正压电效应中电位移与施加应力的比例常数
和逆压电效应中应变与施加电场的比例常数相同。
将偶极矩与单胞的畸变联系，可以对铁电耦合特性有大量洞察。带着
这个想法，最后的性能讨论归结为对热电材料和热电行为的讨论。顺电态
材料冷却时，立方体三个方向的尺寸变化和各向同性材料类似。当材料冷
却至居里温度以下时，其一阶相变将引起晶格参数跳跃，导致两个相等的
参数“下降，即四方晶胞的c轴随着偶极矩从零增大到一个限定值。注意，
对于二阶相变来说不会有品格参数的不连续跳跃，但类似的变化会逐渐发
生。在任一情况下，随着温度降低到远低于T（，晶胞的“轴不断减小，c
’轴不断增加。在室温附近较小的温度变化引起的应变变化是线性的。此
外，热膨胀系数沿n轴方向是正的，沿r轴方向是负的。这一方向依赖性的
材料属性是各向异性材料的独特表现。事实上，所有的材料都表现出各向
异性的性质，包括弹性和介电性能。
如前所述，偶极矩和晶胞的畸变相关，所以当温度降低时，偶极矩沿f
轴方向增加。此外，温度变化较小时这种关系是线性的，这种行为称为热
释电。与压电一样，热膨胀和热释电都有其逆效应，这些效应被称为压热
和电热效应。例如，对于一个绝热过程，即当热不能从这种物质流入或流
出时，在自发极化方向施加电场将导致介电效应电位移增加，而电位移的
增加将使得材料远离高熵立方状态即电场将使熵减小。然而，由于可逆绝
热过程等熵，故熵必须保持固定，这由材料温度升高而引发的熵增完成。
类似地，一个反向的电场会导致温度的降低。
