水溶性鐵電晶體

發展歷程

歷史上最早(1921年)發現的鐵電材料羅息鹽(酒石酸鉀鈉)是水溶性晶體，到了1935 年，又發現了另一類型的鐵電體，即KH₂PO₄類型鐵電體，也是水溶性的晶體。這兩種類型的晶體很早便為人們廣泛地研究，並利用它們的壓電性能來製造聲頻和超聲範圍內的電聲換能器。直到四十年代後期鈦酸鋇陶瓷的壓電換能器出現以前，壓電換能器的材料主要是水溶性晶體。

1955年以來，又發現了許多種類的水溶性鐵電晶體，如六水合硫酸鋁胍(簡稱GASH)、硫酸三甘肽(簡稱TGS)、氟鈹酸三甘肽(簡稱TGFB)、硫酸銨、氟鈹酸銨、通式為XY (SO₄)₂.12H₂O的某些礬鹽(其中X是取代了的銨離子，Y是AI和Cr之類的離子)以及許多甘氨酸化合物如甘氨酸硝酸銀、二水合氯化亞錳合二甘氨酸，還有酸式亞硒酸鋰等。這些類型的鐵電體都包含有O-H-O型或O-H-N型氫鍵。

水溶性鐵電晶體機理

水溶性鐵電晶體被稱為“軟”鐵電體，它們共同特點是：可溶乾水，力學性質軟，居里溫度低，具有低的熔點或低的分解溫度，並且絕大多數是無色透明的。許多分析研究工作表明，在絕大部分的“軟”鐵電體中，鐵電性的機理是這樣的：首先，由某些離子位移而產生偶極矩，例如由(SO₄)^2-、(SeO₄)^2-、(PO₄)^3-、( AsO₄)^3-等原子團的形變，使原子團中心的離子(即S、Se、P、As等)偏離了中心位置，產生偶極矩；同時，結構中的氫鍵在居里點以下進入有序狀態，上述的偶極矩由於氫鍵的協調作用而自發地有規則地排列，從而表現出晶體的鐵電性，所以大家把這類晶體的鐵電相變歸為無序-有序型鐵電相變。

水溶性鐵電晶體的特點

水溶性鐵電晶體自發極化強度比“一維型”的低一個到二個數量級。這些軟鐵電體的特點是：可溶於水，力學性能低，居里溫度低熔點或分解溫度也低。絕大多數都是無色的透明體。水溶性晶體的培育，大多採用在過飽和溶液中放入籽晶，使其逐漸生長成大晶體的方法。雖然BaTiO₃和PLZT出現後，已取代了水溶性晶體作為換能器的材料，但由於隨後的雷射技術和紅外技術的發展,一些水溶性晶體又在光學上具有明顯的優點，而且也易於培育出高質量的大單晶，水溶性鐵電晶體再次受到重視。套用最多的是KDP(即KH₂PO₄)類和TGS[即NH₂CH₂(COOH)₃. H₂SO₄]類的水溶性鐵電晶體。多用於倍頻晶體和參量振盪器、電光快門、光調製器、固態光閥顯示器以及熱釋電探測器和紅外攝像管上。

水溶性鐵電晶體分類

水溶性鐵電晶體有KDP類、TGS類、羅息鹽類、硫酸鹽、亞錫酸鹽、硝酸鹽、亞硝酸鹽等。絕大多數水溶性鐵電晶體因存在鐵電性較弱、居里溫度較低、機械性能差、易潮解等缺點。現己很少作為壓電鐵電材料套用，主耍是利用它們優異的電光性能和熱釋電性能。

水溶性鐵電晶體套用

鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛等壓電陶瓷的出現，逐漸地取代了水溶性晶體作為換能器材料的地位。但是，由於雷射技術、紅外技術等方面的發展，一些水溶性晶體顯出了它們在光學上套用的優點，特別是水溶性晶體易於培養出光學質量高的大單晶，突出的一類材料就是KDP族以及它們的氘代鹽晶體。它們具有良好的電光性能，利用一次電光效應，可以製作Q開關、光調製器和高速光快門等。在固態光閥顯示方面，DKDP目前被認為是實現大螢幕電視投影的最有希望的材料之一，KDP和ADP也是較好的非線性光學材料，可用作倍頻晶體和參量振盪器，轉換效率較高.在紅外熱釋電探測方面，TGS類晶體受到普遍的重視，是迄今最通用的熱釋電探測器材料。利用TGS晶體已研製成單個熱釋電探測器、熱成象系統和紅外熱釋電攝象管等，並已用於實際工作中。