壓電鐵電物理

前言

　　本書根據(jù)作者多年在山東大學(xué)物理學(xué)院針對高年級本科生和研究生的教學(xué)工作的積累，結(jié)合本研究小組科研工作的經(jīng)驗編著而成。壓電和鐵電物理的基礎(chǔ)知識是本書講述的重點內(nèi)容，適合于本科生和低年級研究生學(xué)習(xí)使用，本書的另一部分內(nèi)容講述了鐵電和壓電材料近年來科學(xué)研究的最新進展，本書內(nèi)容共分10章：晶體結(jié)構(gòu)；介電性質(zhì)；彈性性質(zhì)；壓電效應(yīng)及壓電方程；壓電振子的振動模式；晶體的鐵電性；鐵電性的宏觀理論；鐵電微觀理論；極化反轉(zhuǎn)和介電響應(yīng)以及壓電鐵電應(yīng)用。本書的主要目的是為今后開展壓電鐵電材料和器件研究和開發(fā)的工作者提供背景知識.為了幫助讀者更深入的掌握有關(guān)內(nèi)容，每一章安排了適當?shù)牧?xí)題，供讀者選用?！　￠喿x本書需要的預(yù)備知識有：電磁學(xué)、材料工程力學(xué)、熱力學(xué)和統(tǒng)計物理、量子力學(xué)和固體物理，本課程的后續(xù)課程有：電介質(zhì)測量——主要介紹壓電鐵電材料參數(shù)和性質(zhì)的一些測量原理和方法：電介質(zhì)材料和器件——介紹常見的壓電鐵電材料的成分、結(jié)構(gòu)和主要物理性能，壓電鐵電單晶和陶瓷的制備方法，典型器件的設(shè)計原理和理論方法：電介質(zhì)物理實驗——電介質(zhì)材料常用的表征測量的物理方法和手段?！　「兄x新疆昌吉學(xué)院陳惠敏、張保花老師對本課程提出的意見和建議.感謝山東大學(xué)物理學(xué)院2003、2004、2005級同學(xué)在使用本教材時提出的寶貴意見和建議.特別是2005級田學(xué)增，楊鍇，武榮庭、謝啟華、楊立峰等諸位同學(xué)對講義中的錯誤之處做出了非常詳細的修改和更正。　　限于編者的學(xué)識和水平，書中的錯誤和不妥之處在所難免，希望讀者批評指正。

內(nèi)容概要

本書系統(tǒng)講述了壓電鐵電物理的基礎(chǔ)理論知識，內(nèi)容共分為10章，第1章至第3章介紹了壓電鐵電的相關(guān)知識：晶體結(jié)構(gòu)、介電性質(zhì)和彈性性質(zhì)，第4章和第5章講述了壓電效應(yīng)、壓電方程和振動模式，第6章至第8章是關(guān)于鐵電性的基本概念和理論，第9章討論了極化反轉(zhuǎn)和介電響應(yīng)，最后一章是壓電鐵電的應(yīng)用介紹。    本書可作為電介質(zhì)物理高年級本科生及相關(guān)專業(yè)研究生的教學(xué)參考書，也可供從事壓電和鐵電材料研究的科研工作者參考。

書籍目錄

前言符號表第1章 晶體結(jié)構(gòu)  1.1 晶體結(jié)構(gòu)的周期性  1.2 晶棱和晶面指數(shù)  1.3 宏觀對稱性和點群  1.4 晶軸和直角坐標軸的選擇  練習(xí)題  思考題第2章 介電性質(zhì)  2.1 介電常數(shù)張量  2.2 獨立介電常數(shù)  2.3 介電極化機制  2.4 有效場理論  2.5 靜態(tài)介電常數(shù)與微觀極化率  練習(xí)題第3章 彈性性質(zhì)  3.1 應(yīng)力、應(yīng)變和胡克定律  3.2 對稱性與彈性常數(shù)  3.3 晶體中的彈性波  3.4 晶體的鐵彈性  練習(xí)題第4章 壓電效應(yīng)與壓電方程  4.1 壓電效應(yīng)  4.2 壓電常數(shù)與對稱性  4.3 壓電晶體的切割  4.4 鈦酸鋇z切割晶片的壓電方程  4.5 各類壓電方程組的常數(shù)之間的關(guān)系  4.6 一般情況下的壓電方程組  4.7 機電耦合系數(shù)  練習(xí)題  程序設(shè)計第5章 壓電振子的振動模式  5.1 薄長片壓電振子的長度伸縮振動  5.2 薄圓片壓電振子的徑向振動  5.3 其他壓電振子  5.4 等效網(wǎng)絡(luò)方法  練習(xí)題  小課題第6章 晶體的鐵電性  6.1 晶體的鐵電性  6.2 幾種典型鐵電體  6.3 反鐵電體  6.4 先兆鐵電體  6.5 鐵電弛豫體  6.6 鐵電聚合物  6.7 熱釋電效應(yīng)  練習(xí)題第7章 鐵電體的宏觀理論  7.1 鐵電體的熱力學(xué)關(guān)系  7.2 鐵電體的電致伸縮與壓電效應(yīng)  7.3 鐵電體的自由能與相變  7.4 反鐵電體的自由能與相變  7.5 動力學(xué)性質(zhì)  7.6 彌散相變  7.7 熱釋電系數(shù)與電卡系數(shù)  練習(xí)題  小課題第8章 鐵電體的微觀理論  8.1 鈦酸鋇型鐵電體的Slater-Devonshire理論  8.2 KH2P04型鐵電體的Slater-Devonshire理論  8.3 軟模的基本概念  8.4 位移型鐵電相變的軟模理論  8.5 有序-無序型鐵電相變的贗自旋模型  練習(xí)題第9章 極化反轉(zhuǎn)和介電響應(yīng)  9.1 電疇結(jié)構(gòu)  9.2 極化反轉(zhuǎn)  9.3 介電響應(yīng)  練習(xí)題第10章 壓電鐵電材料的應(yīng)用  10.1 壓電濾波器  10.2 壓電晶體振蕩器  10.3 壓電換能器  10.4 加速度和壓力傳感器  10.5 壓電高壓發(fā)生器  10.6 壓電聲表面波器件  10.7 熱釋電探測器  10.8 鐵電存儲器  10.9 鐵電制冷器  練習(xí)題  調(diào)研附錄：介電常數(shù)、彈性常數(shù)和壓電常數(shù)的坐標變換  A.1 矢量和二級張量的坐標變換  A.2 彈性常數(shù)的坐標變換  A.3 壓電常數(shù)的坐標變換參考文獻

章節(jié)摘錄

　　第1章　晶體結(jié)構(gòu)　　按照固體材料結(jié)構(gòu)的有序程度特征來劃分固體材料，可以把固體材料分成為晶體和非晶體兩大類。常見的晶體材料有鉆石、水晶、金屬、石墨以及食鹽等，而非晶材料有石蠟和松香等。一般來說晶體材料有固定的熔點，規(guī)則的外形等特點，而非晶材料則沒有這些特點。晶體材料可分為單晶和多晶。單晶是指整個材料是原子分子層次上排列規(guī)則均勻的材料，如常見到的鉆石和水晶都是單晶。而多晶是由許多小的晶體顆粒組成，如金屬和陶瓷材料?！　弘婅F電材料都是晶體材料。最常用壓電單晶材料有水晶，又稱為石英晶體，其他實用的壓電單晶材料還有鈮酸鋰，硫酸三甘氨酸。最近人們又成功地生長出了鈮鎂酸鉛一鈦酸鉛單晶體，這是目前發(fā)現(xiàn)的壓電性能最高的材料。另一大類壓電是多晶材料，即壓電陶瓷。單晶壓電材料和多晶壓電材料有各自的特點和應(yīng)用范圍。一般來說單晶材料質(zhì)量高，但是生產(chǎn)成本也高。而陶瓷材料非常容易批量化生產(chǎn)，并且容易加工成各種所需要的形狀。另外壓電陶瓷材料還有很重要的一點是只有具有鐵電性的材料才能用來制備壓電陶瓷材料，如鈦酸鉛等。而不具有鐵電性材料的多晶體則不具有壓電性，如石英晶體只能使用單晶體來制備壓電元器件?！　∮捎诰w材料的物理性質(zhì)與晶體的微觀結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系，因此有必要先了解描寫晶體結(jié)構(gòu)的概念和方法。本章的主要內(nèi)容是介紹晶體結(jié)構(gòu)的周期性，引入點陣、晶體對稱性、點群等基本概念和定義，最后介紹晶體中晶軸和直角坐標系選擇的對應(yīng)關(guān)系。

編輯推薦

　　《壓電鐵電物理》可作為電介質(zhì)物理高年級本科生及相關(guān)專業(yè)研究生的教學(xué)參考書，也可供從事壓電和鐵電材料研究的科研工作者參考。

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