居里溫度(Curie point)
/ KYOOR-ee point /
把一個鐵電體加熱到夠高,它的魔法便乾脆關閉:內建的極化消失、巨大的介電率朝普通值崩落,它變回一個平凡的絕緣體。再讓它冷卻,鐵電性便回來。標記這個開關界線的溫度就是居里溫度,得名自最早研究磁體中類似效應的皮耶.居里。它是任何鐵電或壓電規格書上最重要的單一溫度。
在居里溫度處,晶體經歷一次對稱性的改變。在其之下,結構是變形且極性的——在鈦酸鋇中是四方相、鈦離子偏心、帶著自發極化。到了居里溫度,熱擾動勝出,結構驟然彈回較高對稱、非極性的形態(立方、順電),其中離子坐在正中、無法存在任何自發極化。恰在相變處,介電常數尖銳達峰——晶格處於刀鋒般的臨界、極易被極化——而剛過其上,介電率便依居里-外斯定律 epsilon_r = C / (T 減 T0) 衰落,其中 C 是居里常數、T0 是接近居里溫度的一個溫度。典型值:鈦酸鋇約 130 度 C、PZT 約 350 度 C、鈦酸鉛約 490 度 C。
居里溫度決定了一個元件可用的溫度窗。一個已極化的壓電體或一個鐵電記憶體,必須在其居里溫度之下相當充裕地運作;一旦接近,極化便減弱、零件可能自發去極化而喪失功能——這正是為什麼一個居里溫度 350 度的 PZT 聲納換能器在溫水中安然無恙,一支烙鐵卻能毀了它。組成的選擇是為了把居里溫度放到所需之處:高溫致動器要高居里溫度,溫度穩定的電容則刻意把它移位並拓寬。一個誠實的提醒:恰在居里溫度處,介電率固然壯觀卻隨溫度劇烈不穩,所以電容設計者會把陶瓷配方到峰的「旁邊」、絕不落在峰上。
要抹掉一顆老化第二類陶瓷電容緩慢的電容漂移,你只要把它加熱越過鈦酸鋇約 130 度 C 的居里溫度、再讓它冷卻:疇被重置、完整的室溫電容回來,老化的時鐘重新歸零。
越過居里溫度會重置鐵電體的歷史——極化、極化處理與累積的老化,全都在其上消失、並在冷卻時重新形成。
居里溫度是天花板、不是目標。元件設計成在其下留有餘裕地運作;讓電容恰好坐在介電率峰上,會給出一個巨大卻溫度上毫無穩定性可言的數值。