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铁电相变及其它铁性相变过程的不可逆热力学研究

艾树涛  
【摘要】:传统理论从宏观角度研究铁电相变或其它铁性相变(如铁磁相变、铁弹相变等)是在平衡态热力学的范围内进行的。平衡态热力学描述铁电相变,是在Ginzburg—Landau理论的基础上进行的,也称之为Devonshire理论。基本的思想和方法是将弹性吉布斯自由能(G_1=U-TS-X_Ⅰx_Ⅰ)展开为电位移的偶次幂之和,建立展开式中各系数与宏观可测量之间的关系。一级铁电相变过程中存在“热滞”,Devonshire理论对此的描述是,相变过程中存在亚稳态并存在几个稳定极限温度,铁电相稳定极限温度和顺电相稳定极限温度之间的温度区间表征热滞的大小,铁电相变的居里温度在此温度范围内。但升温时铁电相变总是发生在高于居里温度,降温时总是低于居里温度。铁性体中存在畴结构,平衡态热力学能够从最低自由能原理和居里原理的基础上解释并描述畴结构,即:由于铁性体存在表面这种不连续因素,则使体系能量升高。因此,铁性体作为一个体系,应该分成多畴在能量上才是有利的。畴宽、畴壁厚度及相邻畴的取向关系,亦能由此得到较好地确定。但是平衡态热力学对铁电相变或其它铁性相变的处理,是一种过分简化的近似。实际上相变的过程是非常复杂的,而平衡态热力学在本质上是一种“静态”的理论,并且针对的是无穷大均匀体系。因此对于描述随位置、随时间而变化的相变体系,不可能总是与实际较好地符合。一级铁电相变中的热滞,就暴露出平衡态热力学的局限性。既然一级铁电相变并不是发生在居里温度处,这很明显是一种不可逆过程,严格来讲,这是不能用平衡态热力学描述的,而应该由不可逆过程热力学(thermodynamics of irreversible processes)描述。 不可逆过程热力学针对的是非均匀体系,按照体系状态偏离平衡


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