[发明专利]一种反铁电材料快速反向相变时间的测试方法

说明书

本发明公开了一种反铁电材料快速反向相变时间的测试方法，首先测试反铁电材料在设定电场下的极化强度；然后将反铁电材料充电至一定电场；将充电后的反铁电陶瓷放电，测量得放电过程中的瞬态电流、电压曲线，分别对瞬态电流和电压波形进行数值处理，获得反铁电材料放电过程中的极化强度曲线以及电场曲线，利用极化强度曲线和电场曲线，获得放电过程中的极化强度‑电场曲线，对极化强度‑电场曲线进行处理，获得微分介电常数‑电场曲线，根据微分介电常数‑电场曲线，获得反向相变电场，进而获得反向相变的精确时间。本发明可测试反铁电材料在低于毫秒量级时间尺度的反向相变时间。

技术领域

本发明属于电子材料测试技术领域，特别涉及一种反铁电材料快速反向相变时间的测试方法。

背景技术

反铁电材料是一种重要的电子材料，在电压调节器、高功率脉冲电容器等领域具有重要的应用。反铁电材料的特殊之处在于：其在外电场作用下会发生相变，比如当电压从零增加至一定电压时，反铁电材料会由反铁电相转变为铁电相，此过程称为“反铁电—铁电相变”或“正向相变”，对应的阈值电场为正向相变电场；反过来，当其上的电压从一定值降低为零时，材料会发生“铁电—反铁电相变”或“反向相变”，对应的阈值电场为反向相变电场。

反铁电材料的相变行为对其性能具有重要的影响，特别在高功率电容器应用中，反铁电材料的反向相变对其能量释放速率具有决定性作用。反向相变是一个能量释放的过程，如果反向相变速度越快，则能量释放更快，有利于获得更高的放电电流和电功率。

反铁电材料的反向相变是需要一定时间的，目前并没有专门的测试方法。通过Sawyer-Tower电路测试其电滞回线，可大致判断其相变时间。但该方法受限于电滞回线测试频率，特别对于陶瓷材料，其测试频率一般低于1000Hz，仅能研究毫秒量级相变时间。然而，反铁电材料在实际应用中，如反铁电高功率脉冲电容器的放电时间可能达到微秒甚至纳秒级，如要研究此时间范围内的相变，对应的电滞回线频率需达到数百kHz，MHz甚至GHz级别，这是现有技术手段无法实现的。反铁电材料在这么短的时间内能否发生反向相变，快速相变时反向相变电场如何变化，以及反向相变的精确时间是多少，目前并没有有效的测试方法。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺陷，本发明提供一种反铁电材料快速反向相变时间的测试方法，本发明可测试反铁电材料在低于毫秒量级时间尺度的反向相变时间。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种反铁电材料快速反向相变时间的测试方法，包括以下步骤：

步骤一：测试反铁电材料在一定电场值下的极化强度，该电场值记为E₀，对应的极化强度值为P₀；

步骤二：将反铁电材料充电至一定电场，该电场值与步骤一中电场值E₀相同；相应地，极化强度值也为P₀；

步骤三：将充电后的反铁电材料放电，测量得放电过程中的瞬态电流、电压曲线；

步骤四：分别对瞬态电流和电压波形进行数值处理，获得反铁电材料放电过程中的极化强度曲线以及电场曲线；

步骤五：利用极化强度曲线和电场曲线，获得放电过程中的极化强度-电场曲线；

步骤六：对极化强度-电场曲线进行处理，获得微分介电常数-电场曲线；

步骤七：根据微分介电常数-电场曲线，获得反向相变电场，进而获得反向相变的精确时间。

进一步地，步骤一中采用铁电工作站测试反铁电材料电滞回线，直接读取反铁电材料在电场E₀下的极化强度，该极化强度值记为P₀。

进一步地，步骤一中测试频率≤0.1Hz，电场值E₀高于反铁电材料正向相变电场。