漏导对电气石自性质的影响

1电气石电滞回线和漏导的测定

将样品涂上导电银胶并用万用电表检测其上下表面之间及同一表面内的导通情况。然后用WS-2000铁电系统引出正负两极导线连接到样品的上下两个表面，在计算机控制界面输入需要测定的电压及相关的面积和厚度，然后输入外加电压（从100V加起），直到饱和电滞回线的出现，并同时测量在相同外电压下漏导随时间的变化。

2结果与讨论

2.1漏电流随时间的变化

漏导是指晶体中存在缺陷后有弱联系的电子或空位，当所加外电场足以使它们克服周围离子的束缚时就会产生定向移动，从而形成的微弱电流。对于天然电气石晶体，由于受成因的影响，常常在内部正常的格点上有空位存在，其周围就可能会有一些弱联系的电子或离子，如果外加电场足够大时，它们就会在晶体内部形成漏导电流。为了深入探讨电气石的自发极化机理，本实验测量了3种电气石在不同外电压下的漏导电流。图1a、b、c显示，漏电流在加外电压的瞬间急剧下降，几乎为一条垂线，但是SC1在急剧下降之后略有回升。3种样品漏电流的波动均出现在0～100ms之间，之后几乎为一条直线。分析认为，电气石上下表面由于涂有导电银胶，此时样品相当于一个电容，外电压从0V变为1000V的瞬间，相当于瞬间给电容器加了一个较大直流电压，导致电气石上下表面之间有不稳定电流通过，随着电压趋于稳定，漏电流也趋于稳定。从图1可以看到，XJ1、XJ2的漏电流在0～7.010-9A之间变化，电流最终趋于零。SC1的漏电流在5.010-7～4.010-6A之间波动，电流最终趋于5.010-7A，表明SC1的漏导最大。这种现象的出现可能是由于晶体中存在缺陷后有弱联系的电子或空位，当所加外电场足以使它们克服周围离子的束缚就会产生定向移动，从而形成微弱电流，常常在晶体中以焦耳热的形式耗散，同时也消耗了部分表面极化电荷。根据表面电荷与极化强度之间的关系：

2.2漏电流与外加电压的关系

图1表明漏电流在t=50ms之后几乎没有变化，在0～50ms之间选择了2组数据进行漏电流随外加电压变化的分析，如图2所示。由图2可以看出，在不同时间下曲线的变化基本相同。XJ1漏电流随外加电压在0～3500V之间变化比较缓慢，并有微小波动，在4000～5000V之间变化速度相对于0～3500V之间较快，在5000V之后急剧增加。XJ2在0～2500V之间变化不明显，在2500～3000V之间变化速度略有增加，在3000～3500V之间急剧增加，3500～4000V之间又急剧减小，4500～5000V之间其减小速度变慢，5000～5500V之间几乎没有变化。SC1在0～3800V变化缓慢，几乎呈一条斜率较小的直线，4000～5000V之间几乎不变，在5000V以后又急剧增加。综合以上变化趋势，在0～2500V之间，漏电流均为缓慢变化，表明在低电压时，电流随电压变化不大。说明晶体内部弱联系的电子或离子并没有完全克服晶体场对它们的束缚作用，因而产生较小的电流。当XJ1和SC1的外加电压大于5000V时，漏电流急剧增加，表明晶体内部的电子或离子在外加电场的作用下开始作定向移动，且速度加快，微电流迅速增加，在晶体内以焦耳热散失，表面极化电荷消耗增加，极化强度降低；而XJ2在急剧增加后又急剧减小，推测其原因，可能是由于其所含成分不同所引起的[11]。XJ2中的Si和K的含量相对XJ1、SC1较少，而它们结构基本相同，表明在XJ2晶体结构中该原子所在的位置上存在空位，在外电场的作用下，晶体中一些弱联系的正离子开始向空位和负极移动，从而引起晶体内部离子的减少，电极附近离子的增加，或在某地方集聚，形成空间电荷。空间电荷的形成和点位的重新分布改变了外电场在晶体内的电位分布，当外电场增大到一定值时，便产生了一个与外电场相反的极化电场，所以引起了电流的减少。同时也看到XJ1漏电流在0～8.010-9A之间变化，XJ2在0～3.510-6A之间变化，SC1在0～3.010-4A之间变化，表明SC1的漏导最大，XJ2次之，XJ1的漏导最小。

2.3三种电气石自发极化的对比分析

由表2可知，最大极化强度是XJ1＜XJ2＜SC1；剩余极化强度XJ1＜XJ2＜SC1；矫顽电场XJ1＜XJ2＜SC1。而最大极化强度到剩余极化强度的改变ΔP为XJ1＜XJ2＜SC1，该变化表明电气石SC1最难极化，XJ1较容易极化。说明在相同外电场的作用下，矫顽电场小的电气石，其极化强度更容易发生改变。图3显示，SC1在极化强度达到最大后开始下降，表明其漏导现象非常显著，XJ1、XJ2不是很明显。由以上分析可以看出，对于不同电气石，其极化强度为XJ1＜XJ2＜SC1，漏电流也为XJ1＜XJ2＜SC1，它们的变化趋势几乎相同，如图4所示，表明漏导越大的电气石，其极化强度也越大。

3结论

在室温下，对电气石加外电压时，开始漏电流有较微小的波动，随着时间的延长，漏电流趋于稳定。XJ1与XJ2在0～7.010-9A内变化，SC1在5.010-7～4.010-6A内变化，表明SC1的漏导最大。在同一极化时间下，外加电压较小时，电流变化不大，当外加电压增加时，漏电流才有显著的增加。表明晶体内部弱联系的电子或离子在电压较小时并没有克服晶体场对它们的束缚，因此电流较小，随着外加电压的增加，晶体内部的电子或离子定向移动速度加快，电流急剧增加。SC1的漏电流最大，XJ2次之，XJ1最小。对比不同产地电气石，漏导较大的电气石，其极化强度也较大，同时二者均随外电压的增加而增加。

作者：原江燕 赵长春 程瑶 单位：中国地质大学（北京）材料科学与工程学院 中国地质大学（北京）数理学院