[发明专利]一种铁电材料电滞回线的光学测量方法

说明书

本发明公开一种铁电材料电滞回线的光学测量方法，步骤1、将铁电材料放置于正交偏振成像系统的物面上；步骤2、给铁电材料加载正向(或反向)电场使其单畴化，随后逐渐卸/加载电场循环一个周期，记录不同电场下的铁电畴结构；步骤3、将加载电场单畴化时的畴壁侧向移动方向作为铁电畴位移方向，提取新畴的长度矢量将作为该电场下铁电畴的位移；步骤4、提取出彼此相邻的电场之间的畴壁侧向移动的相对位移，则得到不同电场下铁电畴的位移步骤5、将测得的数据描点绘图，得到曲线。与现有技术相比，本发明既实时记录铁电材料在极化过程中的电畴结构，又获得表征铁电材料特性的电滞回线，具简单方便、直观等特点。

技术领域

本发明属于铁电材料的测试技术领域，特别涉及一种用光学方法测量铁电材料电滞回线的测试技术。

背景技术

电滞回线是铁电性的一个标志。测量铁电材料电滞回线的基本原理是将待测样品视为电容，通过测量电流或电压得到测试样品上的极化电荷。测量方法通常有两种：冲击检流计扫描法和Sawyer-Tower电路法。

其中，冲击检流计扫描法是利用冲击检流计记录铁电材料极化过程中产生的电荷量，从而获得铁电体的电滞回线。该方法所需的电子器件多，比较复杂。

Sawyer-Tower电路法，也称为示波器图示法，通过将铁电材料与电容值很大的标准电容相串联，测量标准电容两端的电压，得到铁电体的电滞回线。该方法相比于冲击检流计扫描法更加简便，是测量电滞回线的经典方法，后续研究者在此基础上做了很多改进。

以上方法均属于电学测量方法，具有电学测量中固有的电子元件多、电路设计复杂、价格昂贵等缺点，且不能观察到铁电材料中电畴结构随电场的变化。

发明内容

本发明提出一种铁电材料电滞回线的光学测量方法。该方法是基于正交偏振成像系统，通过测量不同电场下，极化过程中铁电畴沿畴壁侧向移动方向的位移从而获得铁电材料的电滞回线。

本发明的一种铁电材料电滞回线的光学测量方法，该方法包括以下步骤：

步骤1、搭建正交偏振成像系统，将铁电材料放置于正交偏振成像系统的物面处，控制铁电材料恒温，并使其处于铁电态；

步骤2、利用电场加载系统给铁电材料加载电场，当外加电场大于材料阈值电场时，新畴产生，畴壁开始运动，逐渐增大电场到铁电体极化成单畴态；随后卸载所加电场—加载与此反向的电场—卸载所加的反向电场—加载与此反方向的电场，循环一个周期，完成电滞回线测试，记录不同过程不同电场下的铁电畴结构；

步骤3、分析步骤2所记录的畴结构，将加载电场单畴化时畴壁侧向移动方向作为铁电畴位移方向，沿该方向提取新畴的长度矢量将作为该电场下铁电畴的位移；

步骤4、对步骤2所记录的畴结构，从新畴产生处作为初始位置，提取与新畴相邻电场下畴壁侧向移动的相对位移则该电场下铁电畴的位移为再以该电场下的畴作为初始位置，提取与其相邻电场下畴壁侧向移动的相对位移则其相邻电场下铁电畴的位移为即依此方法，提取出彼此相邻电场之间的畴壁侧向移动的相对位移则可得到任一电场下铁电畴的位移为即式中n＝1,2,...，分别为相邻两电场下铁电畴的位移；当畴壁侧向移动方向与铁电畴位移方向相同时，值为正，与铁电畴位移方向相反时，值为负；

步骤5、将步骤4得到的数据描点绘图，得到铁电畴位移与外加电场之间的曲线；根据偶极子理论，该曲线即为铁电材料的电滞回线。改变铁电材料测试温度，获得不同温度下的曲线。

沿所述步骤3中方向上的不同线，得到的铁电畴位移是不同的，但曲线形状是相同的。

所述步骤3、4中所述铁电畴的畴壁移动用其畴壁移动的面积表示，得到其曲线。