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第1章 铁电材料概论1

1.1 晶体结构和铁电性2

1.2 自发极化的起源4

1.3 场致应变的起源7

1.4 电光效应10

1.5 铁电体示例14

1.5.1 钛酸钡15

1.5.2 锆钛酸铅（PZT）17

1.5.3 聚偏二氟乙烯（PVDF）17

1.5.4 无铅压电陶瓷18

1.6 铁电材料的应用18

本章要点19

本章测验题20

本章习题20

参考文献21

第2章 铁电体的数学处理22

2.1 物理性质的张量表示22

2.1.1 张量基础22

2.1.2 张量表示法23

2.1.3 晶体对称性和张量形式23

2.1.4 张量的约简（矩阵符号）28

2.1.5 电致伸缩系数的矩阵符号29

2.2 铁电体的唯象理论36

2.2.1 唯象理论基础36

2.2.2 朗道相变理论37

2.2.3 电致伸缩的唯象理论40

2.2.4 逆电致伸缩效应42

2.2.5 电致伸缩的温度依赖性42

2.3 反铁电性的唯象理论43

2.3.1 反铁电体43

2.3.2 反铁电体的唯象理论44

2.4 铁电畴的贡献46

2.4.1 铁电畴的转向46

2.4.2 内田-池田（Uchida-Ikeda）模型49

2.4.3 晶体结构与矫顽电场52

2.4.4 滞后估算程序52

2.4.5 电畴工程54

本章要点58

本章测验题59

本章习题60

参考文献62

第3章 材料与器件的设计及制备工艺64

3.1 材料设计64

3.1.1 组分的选择64

3.1.2 铁电性的掺杂效应68

3.1.2.1 畴壁稳定性68

3.1.2.2 结晶缺陷69

3.1.3 大功率特性70

3.2 陶瓷的制备工艺74

3.2.1 陶瓷粉体的制备74

3.2.1.1 固相反应法74

3.2.1.2 共沉淀法74

3.2.1.3 醇盐水解法75

3.2.2 烧结工艺76

3.2.3 单晶的生长78

3.2.3.1 石英、铌酸锂和钽酸锂78

3.2.3.2 PZN-PT，PMN-PT和PZT78

3.2.4 模板晶粒生长79

3.3 器件设计80

3.3.1 单圆片80

3.3.2 多层结构80

3.3.3 压电单晶片/压电双晶片82

3.3.4 弯张/柔性铰链杠杆放大机制86

3.3.5 柔性复合材料87

3.3.6 薄膜/厚膜88

3.3.6.1 膜的制备技术88

3.3.6.2 微机电系统的应用89

3.3.6.3 薄膜/厚膜中的限制89

3.4 铁电性尺寸效应90

3.4.1 铁电性晶粒尺寸效应90

3.4.2 铁电性三维晶粒尺寸效应92

本章要点95

本章测验题96

本章习题97

参考文献98

第4章 高介电材料101

4.1 陶瓷电容器101

4.2 片状电容器102

4.2.1 薄多层电容器102

4.2.2 贱金属内电极103

4.2.2.1 钛酸钡基电容片104

4.2.2.2 钛酸铅基电容片104

4.3 混合基底104

4.4 弛豫铁电体105

4.4.1 高介电常数107

4.4.2 扩散相变107

4.4.3 介电弛豫109

本章要点113

本章测验题114

本章习题114

参考文献115

第5章 铁电存储器件116

5.1 DRAM116

5.1.1 DRAM的原理116

5.1.2 铁电DRAM118

5.2 非易失性铁电存储121

5.2.1 FeRAM（反转电流型）121

5.2.2 MFSFET123

本章要点125

本章测验题126

本章习题126

参考文献127

第6章 热释电器件128

6.1 热释电材料128

6.1.1 热释电效应128

6.1.2 响应率131

6.1.3 品质因数132

6.2 温度/红外辐射传感器133

6.3 红外图像传感器134

6.4 电卡器件137

6.4.1 电卡效应137

6.4.1.1 唯象方程137

6.4.1.2 电卡材料138

本章要点139

本章测验题140

本章习题141

参考文献142

第7章 压电器件143

7.1 压电材料及其性质143

7.1.1 压电的重要参数143

7.1.2 压电材料148

7.1.2.1 单晶148

7.1.2.2 多晶材料148

7.1.2.3 弛豫铁电体152

7.1.2.4 聚合物152

7.1.2.5 复合材料153

7.1.2.6 薄膜153

7.2 压力传感器/加速计/陀螺仪153

7.3 压电振子/超声换能器156

7.3.1 压电谐振156

7.3.1.1 压电方程156

7.3.1.2 机电耦合系数157

7.3.1.3 纵向振动模式160

7.3.2 压电振子的等效电路163

7.3.3 压电振子164

7.3.4 超声换能器164

7.3.4.1 超声成像165

7.3.4.2 声化学166

7.3.5 谐振器/滤波器167

7.4 表面声波器件169

7.5 微质量传感器171

7.5.1 生物传感器171

7.5.2 黏度传感器172

7.6 压电变压器172

7.7 压电致动器174

7.7.1 陶瓷致动器材料175

7.7.2 致动器设计177

7.7.3 驱动/控制技术178

7.7.4 器件应用183

7.7.4.1 伺服位移换能器183

7.7.4.2 脉冲驱动马达184

7.8 超声马达189

7.8.1 超声马达189

7.8.2 超声马达的分类和原理190

7.8.2.1 驻波型191

7.8.2.2 行波型191

7.8.3 驻波型马达192

7.8.3.1 旋转马达192

7.8.3.2 线性马达194

7.8.4 行波型马达195

7.8.4.1 线性马达195

7.8.4.2 旋转马达196

7.8.4.3 不同类型超声马达的对比200

7.8.5 平滑冲击驱动装置200

7.9 压电能量回收201

7.9.1 用于能量回收的压电被动阻尼201

7.9.2 高功率能量回收（～W）202

7.9.3 低功率能量回收（～mW）203

本章要点204

本章测验题206

本章习题206

参考文献208

第8章 电光器件213

8.1 电光效应回顾213

8.2 透明电光陶瓷213

8.2.1 （Pb，La）（Zr，Ti）O3214

8.2.2 PMN-PT216

8.2.3 Pb（Zn1/3Nb2/3）O3218

8.3 块体电光器件220

8.3.1 铁电图像存储器220

8.3.2 眼保护应用220

8.3.3 立体电视应用220

8.3.4 二维显示器221

8.3.4.1 二维显示器的制造工艺222

8.3.4.2 光阀阵列的性质223

8.3.4.3 图像投影仪的构造225

8.3.5 KTN单晶光学开关227

8.3.6 激光束扫描仪229

8.4 波导调制器230

8.4.1 LiNbO3波导230

8.4.2 PZT薄膜波导232

本章要点232

本章测验题233

本章习题235

参考文献236

第9章 PTC材料238

9.1 PTC现象的机制238

9.1.1 PTC现象238

9.1.2 PTC现象的机制239

9.1.2.1 半导体性质239

9.1.2.2 肖特基势垒效应239

9.1.2.3 实验验证242

9.2 PTC热敏电阻242

9.3 晶界层电容器245

本章要点246

本章测验题246

本章习题246

参考文献247

第10章 复合材料248

10.1 连通性248

10.2 复合效应249

10.2.1 加和效应249

10.2.2 结合（除法）效应250

10.2.3 乘积效应251

10.3 PZT：聚合物复合材料252

10.3.1 压电复合材料252

10.3.2 PZT：聚合物复合材料的原理253

10.3.3 0-3复合材料的理论模型256

10.3.4 先进PZT：聚合物复合材料258

10.4 复合材料阻尼器和能量回收器258

10.4.1 压电复合材料阻尼器259

10.4.2 压电复合材料能量回收器262

10.5 磁电传感器264

本章要点266

本章测验题267

本章习题267

参考文献269

第11章 铁电器件的未来271

11.1 市场份额271

11.1.1 铁电器件的市场份额271

11.1.2 压电致动器的市场份额272

11.2 可靠性问题274

11.2.1 材料的改进274

11.2.2 器件的可靠性275

11.2.3 驱动/控制技术276

11.2.4 安全系统276

11.3 畅销器件的开发277

11.3.1 三种创造力277

11.3.2 技术创造力277

11.3.2.1 新功能或新材料的发现277

11.3.2.2 性能提升282

11.3.3 产品规划创造力286

11.3.3.1 种子和需求286

11.3.3.2 技术管理中的创新障碍288

11.3.3.3 开发节奏288

11.3.3.4 规格288

11.3.3.5 产品设计哲学290

11.3.3.6 智能系统291

11.3.4 市场创造力291

11.3.4.1 选择目标客户292

11.3.4.2 聚焦295

11.3.4.3 支配市场297

11.3.5 商业战略299

11.3.5.1 分析工具299

11.3.5.2 内部环境分析300

11.3.5.3 外部环境分析303

本章要点305

本章测验题306

本章习题306

参考文献308

索引310