Segnetoelektriklar elektr maydonda dielektirklar. Dielektriklarning qutblanishi

/

Segnetoelektrik va Pezoelektriklar
Reja:

1. 
   SEGNETOELEKTRIKLAR
   
2. 
   Elektr maydonda dielektirklar. Dielektriklarning qutblanishi.
   

Qutblanishiga ega bo'lgan moddalardir, ular tegishli kattalik va yo'nalishdagi elektr maydonini qo'llash orqali qaytarilishi mumkin . Polarizatsiyani teskari deb ataladigan bu jarayon dielektrik histerezis bilan birga keladi. Ferroelektriklar ko'p jihatdan ferromagnitlarning elektr analoglari bo'lib, ularda magnitlanish I magnit maydoni H tomonidan qaytarilishi mumkin. Biroq, mikroskopik tabiatida ferroelektriklar va ferromagnitlar butunlay boshqacha.

Ferroelektriklar yuqori dielektrik o'tkazuvchanligi, yuqori pyezoelektrik moduli, dielektrik histerezis halqasining mavjudligi va qiziqarli elektro-optik xususiyatlari bilan ajralib turadi va shuning uchun zamonaviy texnologiyaning ko'plab sohalarida keng qo'llaniladi: radiotexnika, elektroakustika, kvant elektronika va o'lchash texnologiyasi. . Ferroelektriklarning uchta eng yorqin xususiyati - qaytar polarizatsiya, "anomal" xususiyatlar va chiziqli bo'lmaganlik.
Ferroelektriklar qattiq moddalardir va ularning barchasi metall bo'lmaganlardir. Ferroelektriklarning xossalarini, agar modda bir kristalli holatda bo'lsa, o'rganish eng osondir.
Qadim zamonlardan beri ma'lum bo'lgan ferromagnitlarning xususiyatlarini o'rganish taxminan 1600 yilda boshlangan; Veber va Yuingning keyingi tadqiqotlari 1907 yilda Veysning mashhur nazariyasiga olib keldi. Ferroelektrik faqat 1921 yilda Valasek tomonidan Rochelle tuzida kashf etilgan. Hozirgi vaqtda ferroelektrik xususiyatlarga ega 700 dan ortiq moddalar ma'lum.
Ferroelektriklarni turli mezonlarga ko'ra tasniflash mumkin. Ferroelektriklarning eng keng tarqalgan tasnifi fazaga o'tish paytida o'z-o'zidan polarizatsiyaning boshlanishi uchun struktura va bog'liq mexanizmga muvofiqdir. Shu asosda ular ferroelektrik fazaga o'tish ionlarning siljishi bilan bog'liq bo'lgan "o'zgartirish" tipidagi ferroelektriklarga va "tartib-tartib" tipidagi ferroelektriklarga bo'linadi, ularda ferroelektrik faza, dastlabki fazada mavjud bo'lgan dipollar tartibga solinadi.

Ion va dipol ferroelektriklar o'z xususiyatlariga ko'ra sezilarli darajada farqlanadi. Shunday qilib, kislorod-oktaedral turdagi barcha birikmalar suvda erimaydi, sezilarli mexanik kuchga ega va keramika texnologiyasidan foydalangan holda polikristallar shaklida osongina olinadi. Aksincha, dipol ferroelektriklar suvda yuqori eruvchanligi va past mexanik kuchga ega.

xususiyatlari bir hil materiallar uchun kutilganidan farq qiladi . Bu ferromagnitlarda bo'lgani kabi domenlarning mavjudligi bilan bog'liq . Masalan, kommutatsiya oqimining tabiati domenlarning xatti-harakatlari bilan chambarchas bog'liq. Domenlar bitta kristalda ham, keramika namunasining kristallarida ham mavjud. Ferroelektrik domen - bu o'z-o'zidan qutblanish yo'nalishi bir xil bo'lgan va qo'shni domenlardagi spontan qutblanish yo'nalishidan farq qiladigan makroskopik mintaqa. Ajratuvchi domen devorlari yagona kristall ichida harakatlanishi mumkin; ba'zi domenlar ko'payadi, boshqalari esa kamayadi. Polarizatsiyani teskari o'zgartirish jarayonida bu domenlar domen devorlarining siljishi yoki shunga o'xshash jarayon tufayli o'sadi.
Polikristalli ferroelektrikda har bir kristallda bir nechta domenlar mavjud bo'lishi mumkin. Polarizatsiyaning turli yo'nalishlari nafaqat birlik hujayradagi ba'zi ionlarning biroz farqli pozitsiyalariga, balki ko'pincha hujayraning o'zi shaklidagi turli xil o'zgarishlarga ham mos keladi.
Tashqi elektr maydoni domenlarning elektr momentlarining yo'nalishlarini o'zgartiradi, bu juda kuchli polarizatsiya ta'sirini yaratadi. Bu ferroelektriklarga xos bo'lgan o'tkazuvchanlikning o'ta yuqori qiymatlarini (yuz minglabgacha) tushuntiradi. Domenning polarizatsiyasi yadrolanish jarayonlari va domen devorlarining siljishi tufayli yangi domenlarning o'sishi bilan bog'liq bo'lib, bu oxir-oqibat o'z- o'zidan polarizatsiya vektorining tashqi elektr maydoni yo'nalishi bo'yicha qayta yo'naltirilishiga olib keladi.

Ferroelektriklarning domen strukturasining natijasi ularning elektr induksiyasining elektr maydon kuchiga chiziqli bo'lmagan bog'liqligidir, rasmda ko'rsatilgan. 1. Kuchsiz elektr maydon ta'sirida D va E o'rtasidagi munosabatlar taxminan chiziqli bo'ladi (OA bo'limi). Bu mintaqada domen devorlarining teskari siljishi (fluktatsiyasi) jarayonlari ustunlik qiladi. Kuchliroq maydonlar hududida (AB hududi) domen devorlarining siljishi qaytarilmasdir. Bunday holda, ustun yo'nalishga ega bo'lgan domenlar o'sib boradi, bunda spontan polarizatsiya vektori maydon yo'nalishi bilan eng kichik burchakni hosil qiladi. Nuqtaga mos keladigan ba'zi maydon kuchida da barcha domenlar maydonga yo'naltirilgan bo'lib chiqadi . Texnik to'yinganlik holati mavjud. Yagona kristallarda texnik to'yinganlik holati bir domen holatiga mos keladi. Texnik to'yinganlik sohasidagi ferroelektrikdagi induksiyaning biroz ortishi induksiyalangan (ya'ni elektron va ionli) qutblanish jarayonlari bilan bog'liq. Uning roli harorat oshishi bilan kuchayadi. BAW egri chizig'i ferroelektrikning asosiy polarizatsiya egri chizig'i (ferroelektrik kondansatör zaryad egri chizig'i) deb ataladi.

Agar toʻyinganlikka qadar qutblangan namunadagi maydon kuchi nolga kamaytirilsa, u holda induksiya nolga aylanmaydi, balki D _{r qandaydir qoldiq qiymatini oladi} . Qarama-qarshi qutbli maydonga ta'sir qilganda, induksiya tez kamayadi va ma'lum bir maydon kuchida yo'nalishini o'zgartiradi. Maydon kuchining yanada oshishi namunani yana texnik to'yinganlik holatiga o'tkazadi (C nuqtasi). Bundan kelib chiqadiki, o'zgaruvchan maydonlarda ferroelektrikning qutblanish teskarisi dielektrik histerezis bilan birga keladi. Induksiya noldan o'tadigan maydon kuchi E _{p , deyiladi} majburlash kuchi . ferroelektrik ferromagnit dielektrik varikond bilan
Dielektrik histerezis maydon ta'sirida domen devorlarining qaytarilmas siljishi bilan bog'liq va domenlarni yo'naltirish uchun energiya sarfi bilan bog'liq dielektrik yo'qotishlarning qo'shimcha mexanizmini ko'rsatadi. Gisterezis halqasining maydoni bir davrda dielektrikda tarqalgan energiyaga mutanosibdir. Histerezis yo'qotishlari tufayli ferroelektriklar juda katta dielektrik yo'qotish tangensi bilan tavsiflanadi, bu odatiy holatlarda 0,1 tartib qiymatini oladi.
Har xil o'zgaruvchan tokning amplitudalarida olingan histerezis halqasi cho'qqilari to'plami ferroelektrikning asosiy qutblanish egri chizig'ini tashkil qiladi (1-rasmga qarang) .Ko'pchilik ferroelektriklar uchun T _K ga juda yaqin bo'lmagan haroratlarda ham o'tkazuvchanlik yuqori bo'ladi . O'tish harorati T _K dan yuqori, o'tkazuvchanlikning haroratga bog'liqligi ko'pincha Kyuri-Vays qonuni bilan yaxshi yaqinlashadi:

\u003d 4 C / (T-Tc),

qaerda C —Kyuri doimiysi. Pastda o'tish harorati tez pasayadi. Ikkinchi turdagi o'tishga ega bo'lgan moddalar uchun odatda T _c va T _{K qiymatlari mos keladi.} Boshqa moddalar uchun T _{c T K} dan bir necha daraja past .

Nochiziqlilik (E) ferroelektriklarning muhim xarakteristikasidir. Agar qo'llaniladigan E maydoni tomonidan yaratilgan qutblanish maydonning ortishi bilan mutanosib qolmasa, u holda o'zgaruvchan maydondagi o'lchovlar turli maydon amplitudalarida o'tkazuvchanlikning turli qiymatlarini beradi. Nonlineerlik , shuningdek, qo'shimcha kuchlanish kuchlanishi mavjud bo'lganda, etarlicha kichik maydondagi o'lchovlarda o'zini namoyon qiladi. Statik o'tkazuvchanlik _st ferroelektrikning asosiy polarizatsiya egri chizig'idan aniqlanadi:

_st \ u003d D / ( ₀ E) \u003d 1 + P / ( ₀ E) P / ( ₀ E) .

Qaytariladigan o'tkazuvchanlik _p doimiy maydonning bir vaqtning o'zida ta'siri ostida o'zgaruvchan elektr maydonida ferroelektrikning polarizatsiyasining o'zgarishini tavsiflaydi.
Samarali o'tkazuvchanlik _eff , shuningdek, kondansatkichning samarali sig'imi, burchak chastotasi bilan berilgan samarali kuchlanish U da chiziqli bo'lmagan element bilan kontaktlarning zanglashiga olib o'tadigan oqimning I (sinusoidal emas) samarali qiymati bilan belgilanadi :

_eff ~ C _ef = I / ( U )

Juda zaif elektr maydonlarida o'lchanadigan o'tkazuvchanlik dastlabki o'tkazuvchanlik deb ataladi. Ferroelektriklarning o'ziga xos xususiyatlari faqat ma'lum bir harorat oralig'ida paydo bo'ladi. Muayyan haroratdan yuqori isitish jarayonida domen strukturasi parchalanadi va elektrchi paraelektrik holatga o'tadi. Bunday fazali _o'tishning harorati Tk ferroelektrik Kyuri nuqtasi deb ataladi . Kyuri nuqtasida spontan polarizatsiya yo'qoladi va o'tkazuvchanlik maksimal qiymatga etadi.

Ilova
1. katta o'ziga xos sig'imga ega bo'lgan kichik o'lchamli past chastotali kondansatkichlarni ishlab chiqarish;
2. dielektrik kuchaytirgichlar, modulyatorlar va boshqa boshqariladigan qurilmalar uchun polarizatsiyaning katta chiziqli bo'lmaganligi bo'lgan materiallardan foydalanish;
3. ferroelementlardan hisoblash texnikasida xotira xujayralari sifatida foydalanish;
nurlanishini modulyatsiya qilish va konvertatsiya qilish uchun ferroelektrik va antiferroelektrik kristallardan foydalanish;
5.Pyezoelektrik va piroelektrik o'zgartirgichlar ishlab chiqarish.