Ферроэлектриктер бұл Түсінік, анықтама, қасиеттері және қолданылуы

2024 Автор: Angel Austin | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2023-12-17 05:33

Ферроэлектриктер – өздігінен электрлік поляризациясы (SEP) бар элементтер. Оның кері айналуының бастамашылары сәйкес параметрлері мен бағыт векторлары бар E электрлік диапазонының қолданбалары болуы мүмкін. Бұл процесс реполяризация деп аталады. Ол міндетті түрде гистерезиспен бірге жүреді.

Жалпы мүмкіндіктер

Ферроэлектриктер мыналарға ие компоненттер болып табылады:

1. Үлкен өткізгіштік.
2. Қуатты пьезомодуль.
3. Цикл.

Темірэлектриктерді қолдану өнеркәсіптің көптеген салаларында жүзеге асырылады. Міне, кейбір мысалдар:

1. Радиотехника.
2. Кванттық электроника.
3. Өлшеу технологиясы.
4. Электрлік акустика.

Ферроэлектриктер - бұл металдарға жатпайтын қатты заттар. Оларды зерттеу олардың күйі монокристалды болғанда тиімдірек болады.

Жарқын ерекшеліктер

Бұл элементтердің тек үшеуі бар:

1. Қайтатын поляризация.
2. Сызықты емес.
3. Аномал сипаттамалар.

Көптеген ферроэлектриктер жұмыс істегенде ферроэлектрлік болмай қалады.температуралық ауысу жағдайлары. Мұндай параметрлер T_{K деп аталады.} Заттар әдеттен тыс әрекет етеді. Олардың диэлектрлік өтімділігі тез дамып, қатты деңгейге жетеді.

Жіктеу

Ол өте күрделі. Әдетте оның негізгі аспектілері элементтердің дизайны және фазалардың өзгеруі кезінде онымен байланыста СЭП қалыптастыру технологиясы болып табылады. Мұнда екі түрге бөлу бар:

1. Офсетті бар. Олардың иондары фазалық қозғалыс кезінде ығысады.
2. Тәртіп – бұл хаос. Ұқсас жағдайларда бастапқы фазаның дипольдері оларда реттелген.

Бұл түрлердің кіші түрлері де бар. Мысалы, біржақты құрамдас бөліктер екі санатқа бөлінеді: перовскиттер және псевдоильмениттер.

Екінші түрі үш сыныпқа бөлінеді:

1. Калий дигидрофосфаттары (KDR) және сілтілік металдар (мысалы, KH₂AsO₄ және KH_{2 PO}4 _).
2. Триглицин сульфаттары (THS): (NH₂CH₂COOH₃)× H ₂SO_4.
3. Сұйық кристалдық компоненттер

Перовскиттер

Бұл элементтер екі пішімде бар:

1. Монокристалды.
2. Керамика.

Олардың құрамында валенттілігі 4-5 болатын Ti ионы бар оттегі октаэдры бар.

Параэлектрлік кезең пайда болған кезде кристалдар текше құрылымға ие болады. Жоғарғы жағында Ba және Cd сияқты иондар шоғырланған. Ал олардың оттегі әріптестері беттердің ортасында орналасады. Ол осылай қалыптасадыоктаэдр.

Бұл жерде титан иондары өзгергенде, SEP орындалады. Мұндай ферроэлектриктер ұқсас құрылымның түзілімдері бар қатты қоспалар жасай алады. Мысалы, PbTiO₃-PbZrO₃ . Бұл варикондалар, пьезо жетектер, позиторлар және т.б. сияқты құрылғыларға сәйкес келетін керамикаға әкеледі.

Псевдо-ильмениттер

Олар ромбоэдрлік конфигурацияда ерекшеленеді. Олардың жарқын ерекшелігі - Кюри температурасының жоғары көрсеткіштері.

Олар да кристалдар. Әдетте, олар жоғарғы үлкен толқындарда акустикалық механизмдерде қолданылады. Келесі құрылғылар олардың болуымен сипатталады:

- резонаторлар;

- жолақтары бар сүзгілер;

- жоғары жиілікті акусто-оптикалық модуляторлар;

- пироқабылдағыштар.

Олар сонымен қатар электронды және оптикалық сызықты емес құрылғыларға енгізілген.

KDR және TGS

Бірінші белгіленген кластағы ферроэлектриктер сутегі контактілерінде протондарды орналастыратын құрылымға ие. SEP барлық протондар реттелгенде орын алады.

Осы санаттың элементтері сызықты емес оптикалық құрылғыларда және электрлік оптикада қолданылады.

Екінші санаттағы ферроэлектриктерде протондар бірдей реттелген, тек глицин молекулаларының жанында дипольдер түзіледі.

Бұл топтың құрамдастары шектеулі көлемде пайдаланылады. Әдетте олардың құрамында пироқабылдағыштар болады.

Сұйық кристалды көріністер

Олар ретімен орналасқан полярлы молекулалардың болуымен сипатталады. Мұнда ферроэлектриктердің негізгі ерекшеліктері айқын көрінеді.

Олардың оптикалық қасиеттеріне температура мен сыртқы электр спектрінің векторы әсер етеді.

Осы факторларға сүйене отырып, осы түрдегі ферроэлектриктерді пайдалану оптикалық сенсорларда, мониторларда, баннерлерде және т.б. жүзеге асырылады.

Екі сыныптың айырмашылығы

Ферроэлектриктер – иондары немесе дипольдері бар түзілімдер. Олардың қасиеттерінде айтарлықтай айырмашылықтар бар. Сонымен, бірінші компоненттер суда мүлде ерімейді, бірақ олардың күшті механикалық күші бар. Керамикалық жүйе жұмыс істейтін болса, олар поликристалдық форматта оңай қалыптасады.

Соңғылары суда оңай ериді және күші шамалы. Олар сулы құрамдардан қатты параметрлердің монокристалдарын қалыптастыруға мүмкіндік береді.

Домендер

Ферроэлектриктердің көптеген сипаттамалары домендерге байланысты. Осылайша, коммутациялық ток параметрі олардың мінез-құлқымен тығыз байланысты. Олар монокристалдарда да, керамикаларда да кездеседі.

Темір электрлердің домендік құрылымы макроскопиялық өлшемдердің секторы болып табылады. Онда ерікті поляризация векторында сәйкессіздіктер жоқ. Көрші секторлардағы ұқсас вектордан ғана айырмашылықтар бар.

Домендер бір кристалдың ішкі кеңістігінде қозғала алатын қабырғаларды бөледі. Бұл жағдайда кейбір домендерде өсу, ал басқа домендерде азаю байқалады. Реполяризация болған кезде секторлар қабырғалардың жылжуы немесе ұқсас процестер есебінен дамиды.

Терроэлектриктердің электрлік қасиеттері,монокристалдар кристалдық тордың симметриясына негізделген.

Ең тиімді энергетикалық құрылым ондағы домен шекараларының электрлік бейтарап болуымен сипатталады. Осылайша, поляризация векторы белгілі бір облыстың шекарасына проекцияланады және оның ұзындығына тең. Сонымен бірге ол жақын домен жағынан бірдей векторға қарама-қарсы.

Демек, домендердің электрлік параметрлері бас-құйрық схемасы негізінде қалыптасады. Домендердің сызықтық мәндері анықталады. Олар 10^-4-10^-1 диапазонында.

қараңыз.

Поляризация

Сыртқы электр өрісінің әсерінен домендердің электрлік әрекетінің векторы өзгереді. Осылайша, ферроэлектриктердің күшті поляризациясы пайда болады. Нәтижесінде диэлектрлік өтімділік үлкен мәндерге жетеді.

Домендердің поляризациясы олардың шығу тегімен және шекараларының ауысуына байланысты дамуымен түсіндіріледі.

Темір электрлердің көрсетілген құрылымы олардың индукциясының сыртқы өріс кернеуінің дәрежесіне жанама тәуелділігін тудырады. Ол әлсіз болған кезде секторлар арасындағы байланыс сызықты болады. Домен шектеулері қайтымды принцип бойынша ауыстырылатын бөлім пайда болады.

Қуатты өрістер аймағында мұндай процесс қайтымсыз. Сонымен қатар, SEP векторы өріс векторымен минималды бұрышты құрайтын секторлар өседі. Және белгілі бір шиеленіс кезінде барлық домендер өрістің бойымен дәл түзіледі. Техникалық қанықтылық қалыптасуда.

Мұндай жағдайларда, кернеу нөлге дейін төмендегенде, индукцияның ұқсас кері айналуы болмайды. ОлD_r қалдығын алады. Егер оған қарама-қарсы зарядты өріс әсер етсе, ол тез азайып, векторын өзгертеді.

Кейіннен шиеленістің дамуы қайтадан техникалық қанықтылыққа әкеледі. Осылайша, ферроэлектрдің әртүрлі спектрлердегі поляризацияның кері айналуына тәуелділігі белгіленеді. Осы процесспен қатар гистерезис пайда болады.

Индукция нөлдік мән арқылы өтетін E_r, диапазонының интенсивтілігі - бұл мәжбүрлі күш.

Гистерезис процесі

Онымен өрістің әсерінен домен шекаралары қайтымсыз ауысады. Бұл домендерді орналастыру үшін энергия шығындарына байланысты диэлектрлік шығындардың болуын білдіреді.

Бұл жерде гистерезис циклі пайда болады.

Оның ауданы бір циклде ферроэлектрлікте жұмсалатын энергияға сәйкес келеді. Шығындардың салдарынан онда 0, 1 бұрышының тангенсі пайда болады.

Гистерезис циклдері әртүрлі амплитудалық мәндерде жасалады. Олардың шыңдары бірге негізгі поляризация қисығын құрайды.

Өлшеу операциялары

Барлық дерлік кластағы ферроэлектриктердің диэлектрлік өтімділігі T_{K-тан алыс мәндерде де қатты мәндерде ерекшеленеді.}

Оның өлшемі келесідей: кристалға екі электрод қолданылады. Оның сыйымдылығы айнымалы ауқымда анықталады.

Жоғарыдаиндикаторлары T_K өткізгіштігінің белгілі бір жылулық тәуелділігі бар. Мұны Кюри-Вейс заңы негізінде есептеуге болады. Мұнда келесі формула жұмыс істейді:

e=4pC / (T-Tc).

Онда C – Кюри тұрақтысы. Өтпелі мәндерден төмен, ол тез төмендейді.

Формуладағы "e" әрпі сызықты еместікті білдіреді, ол мұнда ауыспалы кернеумен жеткілікті тар спектрде бар. Осыған және гистерезиске байланысты ферроэлектрдің өткізгіштігі мен көлемі жұмыс режиміне байланысты.

Өткізгіштік түрлері

Сызықты емес құрамдастың әртүрлі жұмыс жағдайларындағы материал оның сапасын өзгертеді. Оларды сипаттау үшін өткізгіштіктің келесі түрлері қолданылады:

1. Статистикалық (e_st). Оны есептеу үшін негізгі поляризация қисығы пайдаланылады: e_st =D / (e₀E)=1 + P / (e 0_{E) » P / (e}0_E).
2. Кері (e_p). Тұрақты өрістің параллель әсерінен айнымалы диапазондағы ферроэлектрдің поляризациясының өзгеруін білдіреді.
3. Тиімді (e_ef). Сызықты емес құрамдаспен бірге жүретін I нақты токтан (синусоидалы емес түрін білдіреді) есептелген. Бұл жағдайда белсенді кернеу U және бұрыштық жиілігі w бар. Формула жұмыс істейді: e_ef ~ C_ef =I / (wU).
4. Бастапқы. Ол өте әлсіз спектрлерде анықталады.

Пироэлектриктердің екі негізгі түрі

Бұл ферроэлектриктер және антиферроэлектриктер. ОлардаBOT секторлары бар - домендер.

Бірінші пішінде бір домен өзінің айналасында деполяризациялаушы сфераны құрайды.

Көптеген домендер жасалғанда, ол азаяды. Деполяризация энергиясы да төмендейді, бірақ сектор қабырғаларының энергиясы артады. Бұл көрсеткіштер бірдей тәртіпте болғанда процесс аяқталады.

Ферроэлектриктер сыртқы сферада болған кездегі HSE әрекеті қандай болады, жоғарыда сипатталған болатын.

Антиферроэлектриктер – бір-бірінің ішіне орналастырылған кемінде екі ішкі торларды ассимиляциялау. Олардың әрқайсысында дипольдық факторлардың бағыты параллель болады. Ал олардың ортақ дипольдік индексі 0.

Әлсіз спектрлерде антиферроэлектриктер поляризацияның сызықтық түрімен ерекшеленеді. Бірақ өрістің күші артқан сайын олар ферроэлектрлік жағдайларды ала алады. Өріс параметрлері 0-ден E_{1 аралығында дамиды.} Поляризация сызықты түрде өседі. Кері қозғалыста ол қазірдің өзінде өрістен кетіп жатыр - цикл алынды.

E_{2 диапазонының күші қалыптасқанда} ферроэлектр оның антиподына айналады.

Е өріс векторын өзгерткен кезде жағдай бірдей болады. Бұл қисық симметриялы екенін білдіреді.

Антиферроэлектрлік, Кюри белгісінен асып, параэлектрлік жағдайға ие болады.

Осы нүктеге төменгі жақындағанда өткізгіштік белгілі бір максимумға жетеді. Оның үстінде ол Кюри-Вейс формуласына сәйкес өзгереді. Дегенмен, көрсетілген нүктедегі абсолютті өткізгіштік параметрі ферроэлектрикінен төмен.

Көп жағдайда антиферроэлектриктер баролардың антиподтарына ұқсас кристалдық құрылым. Сирек жағдайларда және бірдей қосылыстармен, бірақ әртүрлі температураларда екі пироэлектрдің де фазалары пайда болады.

Ең танымал антиферроэлектриктер - NaNbO_3, NH₄H₂P0 4 _{т.б. Олардың саны қарапайым ферроэлектриктердің санынан төмен.}