水溶性铁电晶体

水溶性铁电晶体化学通式为XY(SO4)2，也称“软”铁电体。40年代末以前，制作压电换能器的材料主要是水溶性晶体。1955年以后发现了许多种类的水溶性铁电晶体，如GASH、TGS、TGFB等，其中大多数属于“三维型”铁电体。

发展历程历史上最早(1921年)发现的铁电材料罗息盐(酒石酸钾钠)是水溶性晶体，到了1935 年，又发现了另一类型的铁电体，即KH2PO4类型铁电体，也是水溶性的晶体。这两种类型的晶体很早便为人们广泛地研究，并利用它们的压电性能来制造声频和超声范围内的电声换能器。直到四十年代后期钛酸钡陶瓷的压电换能器出现以前，压电换能器的材料主要是水溶性晶体。

1955年以来，又发现了许多种类的水溶性铁电晶体，如六水合硫酸铝胍(简称GASH)、硫酸三甘肽(简称TGS)、氟铍酸三甘肽(简称TGFB)、硫酸铵、氟铍酸铵、通式为XY (SO4)2.12H2O的某些矾盐(其中X是取代了的铵离子，Y是AI和Cr之类的离子)以及许多甘氨酸化合物如甘氨酸硝酸银、二水合氯化亚锰合二甘氨酸，还有酸式亚硒酸锂等。这些类型的铁电体都包含有O-H-O型或O-H-N型氢键。1

水溶性铁电晶体机理水溶性铁电晶体被称为“软”铁电体，它们共同特点是：可溶干水，力学性质软，居里温度低，具有低的熔点或低的分解温度，并且绝大多数是无色透明的。许多分析研究工作表明，在绝大部分的“软”铁电体中，铁电性的机理是这样的：首先，由某些离子位移而产生偶极矩，例如由(SO4)2-、(SeO4)2-、(PO4)3-、( AsO4)3-等原子团的形变，使原子团中心的离子(即S、Se、P、As等)偏离了中心位置，产生偶极矩；同时，结构中的氢键在居里点以下进入有序状态，上述的偶极矩由于氢键的协调作用而自发地有规则地排列，从而表现出晶体的铁电性，所以大家把这类晶体的铁电相变归为无序-有序型铁电相变。1

水溶性铁电晶体的特点水溶性铁电晶体自发极化强度比“一维型”的低一个到二个数量级。这些软铁电体的特点是：可溶于水，力学性能低，居里温度低熔点或分解温度也低。绝大多数都是无色的透明体。水溶性晶体的培育，大多采用在过饱和溶液中放入籽晶，使其逐渐生长成大晶体的方法。虽然BaTiO3和PLZT出现后，已取代了水溶性晶体作为换能器的材料，但由于随后的激光技术和红外技术的发展,一些水溶性晶体又在光学上具有明显的优点，而且也易于培育出高质量的大单晶，水溶性铁电晶体再次受到重视。应用最多的是KDP(即KH2PO4)类和TGS[即NH2CH2(COOH)3. H2SO4]类的水溶性铁电晶体。多用于倍频晶体和参量振荡器、电光快门、光调制器、固态光阀显示器以及热释电探测器和红外摄像管上。2

水溶性铁电晶体分类水溶性铁电晶体有KDP类、TGS类、罗息盐类、硫酸盐、亚锡酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐等。绝大多数水溶性铁电晶体因存在铁电性较弱、居里温度较低、机械性能差、易潮解等缺点。现己很少作为压电铁电材料应用，主耍是利用它们优异的电光性能和热释电性能。

水溶性铁电晶体应用钛酸钡、锆钛酸铅等压电陶瓷的出现，逐渐地取代了水溶性晶体作为换能器材料的地位。但是，由于激光技术、红外技术等方面的发展，一些水溶性晶体显出了它们在光学上应用的优点，特别是水溶性晶体易于培养出光学质量高的大单晶，突出的一类材料就是KDP族以及它们的氘代盐晶体。它们具有良好的电光性能，利用一次电光效应，可以制作Q开关、光调制器和高速光快门等。在固态光阀显示方面，DKDP目前被认为是实现大屏幕电视投影的最有希望的材料之一，KDP和ADP也是较好的非线性光学材料，可用作倍频晶体和参量振荡器，转换效率较高.在红外热释电探测方面，TGS类晶体受到普遍的重视，是迄今最通用的热释电探测器材料。利用TGS晶体已研制成单个热释电探测器、热成象系统和红外热释电摄象管等，并已用于实际工作中。1

本词条内容贡献者为:

李航 - 副教授 - 西南大学