补充资料：介电老化

介电老化
dielectric ageing

介电老化dielectric ageing电介质的物理参量在一定条件下随时间推移而发生的变化。又称介电时间老化。根据老化的环境条件，主要分为热老化和电老化两大类。由环境、气氛等因素引起的环境老化和机械老化等也属于介电老化的范畴。介电老化现象错综复杂，影响因素很多。介电老化特征不仅取决于材料的凝聚状态和工艺条件，而且与物理参量本身密切相关。介电器件的物理性能随存放时间而变化的特征也属于介电时间老化的范畴。 在大量实验基础上，人们就钙钦矿型铁电材料的压电性能的老化特征，归纳出介电常数￡、损耗因素tg民机电藕合系数k的减小与机械品质因素仇、弹性刚度系数C和预率常数介的增大与时间对数呈线性关系，即Y(t)一Y(tl)，，t一一一片疏两入一一~一入19一二r 1、‘1，‘1式中Y为电介质的介电参量(如‘tg占等)，Y(tl)或Y(t)分别为扰动或处理后经过单位时间tl(例如一小时或一天)或经时间t(例如100小时或100天等)测得的Y值，tt和t可分别以天数或小时数表示。A为表征该材料不同参量的老化特征的系数，又称老化率，代表老化曲线的斜率。对于一定材料的某个物理参数，A基本上为常数。A>O，表示该材料参数随时间增长而变大(也称材料随时间硬化);A<0，则表示该材料参数随时间增长而变小(也称材料随时间软化)。IA}越小，就表示该材料参数随时间的变化越小，即材料的时间稳定性越好。如对时间t取以10为底的对数，则称为10倍时间老化率。分别测定各试样不同时间的材料参数，即可得出这些参数与时间的关系，利用上式就可确定其老化率，或者在半对数纸上作出老化曲线，由其斜率定出老化率。一般压电陶瓷的老化率A的典型数值范围为:介电常数和机电棍合系数的老化率A在一0 .5一一5%;谐振颇率常数的老化率A则在+0.05~+1.5%;介质损耗具有更高的负值老化率，而机械品质因素则有较高的正值老化率。BaTi03基铁电陶瓷的物理性能参数的经时变化特性如图1所示。J介妃kHz)为(%)32 28 24 2016┌────┬───┬─────┬─────┐│ │ │d引 │丫 │├────┼───┼─────┼─────┤│ │ │/争 │/伽 │├────┼───┼─────┼─────┤│~马、、~│吮乡 │奋产 │ ││ │ │肠、.、.‘│ │├────┼───┼─────┼─────┤│飞) │<砚‘ │二，‘门嘴│一，.... ││ │ │ │ 口 │├────┼───┤ ├─────┤│义 │ │ │~、、、、 ││ │ │ │ .k │└────┴───┴─────┴─────┘10 102 10，10‘ 老化时间一25oC.夭) 图1 BaTIO3羞铁电陶瓷物理性能参数的经时变化 仙fr为老化前后谐振频率之差)老化率侧量中，应注意保证有一个正确的零点，否则就会给老化率A的侧量值带来很大的误差。图2表明时间坐标的零点对测量老化率A的影响。 至于老化机制，迄今众说纷坛，未有定论。但通过大量研究，可以给出一些定性的解析。一些极性电介质(如铁电体和压电体等)的老化与极性铁电畴的结构和状态密切相关。研究表明，电畴的运动和极性晶格缺陷与，户城秘卜钾l乍卜 lgtf小一月寸) 图之老化特征的典型曲浅 a零点提前10分钟时的老化曲线 b零点正确时的老化曲线 。零点退后10分钟时如老化曲线在外电场作用下自发极化的相互作用是“经时老化”的主要原因。迄今，已经提出过许多种物理模型来解释老化机制，如礴运动的热激活理论、180。和90.畴的分裂理论、180“畴夹持理论、应力释放模型和体效应模型等。可以认为，极性电介质的人工极化或热刺激所产生的内应力的随时间逐步消除，将导致物理性能随时间的改变是极性电介质经时变化的主要原因。 老化和退化虽然都可用来表征材料物理性能随时间的变化，但却具有完全不同的概念。通常，前者所指老化过程是可逆的(或可恢复的);而后者则是指带有结构性损伤的不可逆(或不可恢复)过程，直接影响材料的使用寿命。例如电介质在低场下(E《Ec，Ec为临界场)的电老化是可逆的(或可恢复的);而在高场(E》Ec)下，介质局部放电并在材料内部或表面形成电痕，出现树枝状痕迹等结构性损伤后，介质的物理性能就急剧退化，虽撤除外场其性能仍不能恢复到艇始状态。 (周志刚)

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