Ферроэлектриктер Түшүнүгү, аныктамасы, касиеттери жана колдонулушу

2024 Автор: Angel Austin | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2023-12-17 05:34

Ферроэлектриктер – өзүнөн-өзү электрдик поляризациялуу элементтер (SEP). Тиешелүү параметрлери жана багыт векторлору бар E электрдик диапазонунун тиркемелери анын тескерисинин демилгечилери боло алат. Бул процесс реполяризация деп аталат. Ал сөзсүз түрдө гистерезис менен коштолот.

Жалпы функциялар

Ферроэлектриктер төмөнкүлөргө ээ компоненттер:

Чоң өткөрүмдүүлүк.
Күчтүү пьезо модулу.
Укук.

Терроэлектриктерди колдонуу өнөр жайдын көптөгөн тармактарында ишке ашырылат. Бул жерде кээ бир мисалдар:

Радиотехника.
Кванттык электроника.
Өлчөө технологиясы.
Электрдик акустика.

Ферроэлектриктер металл эмес катуу заттар. Алардын абалы монокристалл болгондо изилдөө эң натыйжалуу болот.

Жарык спецификация

Бул элементтердин үчөө гана бар:

Кайтарылуучу поляризация.
Сызыктуу эмес.
Аномалдуу мүнөздөмөлөр.

Көптөгөн ферроэлектриктер ферроэлектрдик болууну токтотот.температура өтүү шарттары. Мындай параметрлер T_{K деп аталат.} Заттар адаттан тыш иштешет. Алардын диэлектрдик туруктуулугу тез өнүгүп, катуу деңгээлге жетет.

Классификация

Ал абдан татаал. Көбүнчө анын негизги аспектилери элементтердин конструкциясы жана фазаларды өзгөртүү учурунда аны менен байланышта СЭПти түзүү технологиясы болуп саналат. Бул жерде эки түргө бөлүнөт:

Оффсетке ээ. Алардын иондору фазалык кыймылда жылышат.
Тартип башаламандык. Окшош шарттарда аларда баштапкы фазадагы диполдор иреттелген.

Бул түрлөрдүн да түрчөлөрү бар. Мисалы, бир жактуу компоненттер эки категорияга бөлүнөт: перовскит жана псевдо-ильмениттер.

Экинчи тип үч класска бөлүнөт:

Калий дигидроген фосфаттары (KDR) жана щелочтуу металлдар (мисалы, KH₂AsO₄ жана KH_{2 PO}4 _).
Триглицин сульфаттары (THS): (NH₂CH₂COOH₃)× H ₂SO_4.
Суюк кристалл компоненттери

Перовскиттер

Бул элементтер эки форматта бар:

Монокристаллдуу.
Керамик.

Алар кычкылтек октаэдрин камтыйт, анда валенттүүлүгү 4-5 болгон Ti иону бар.

Параэлектрдик стадия пайда болгондо, кристаллдар кубдук түзүлүшкө ээ болушат. Үстүндө Ba жана Cd сыяктуу иондор топтолгон. Жана алардын кычкылтек кесиптештери жүздөрдүн ортосунда жайгашкан. Мына ушундайча калыптанатоктаэдр.

Бул жерде титан иондору өзгөргөндө, SEP аткарылат. Мындай ферроэлектриктер окшош түзүлүштөгү түзүлүштөр менен катуу аралашмаларды түзө алышат. Мисалы, PbTiO₃-PbZrO₃ . Натыйжада варикондалар, пьезо кыймылдаткычтар, посисторлор ж.б. сыяктуу түзүлүштөр үчүн ылайыктуу мүнөздөмөлөргө ээ керамика пайда болот.

Псевдо-илмениттер

Алар ромбоэдрдик конфигурацияда айырмаланат. Алардын жаркыраган өзгөчөлүгү - жогорку Кюри температурасынын индикаторлору.

Алар да кристаллдар. Эреже катары, алар жогорку чоң толкундар боюнча акустикалык механизмдер колдонулат. Төмөнкү түзмөктөр алардын катышуусу менен мүнөздөлөт:

- резонаторлор;

- сызыктары бар чыпкалар;

- жогорку жыштыктагы акусто-оптикалык модуляторлор;

- пиро кабылдагычтар.

Алар электрондук жана оптикалык сызыктуу эмес түзүлүштөргө да киргизилет.

KDR жана TGS

Биринчи класстагы ферроэлектриктер суутек контакттарында протондорду жайгаштырган түзүлүшкө ээ. SEP бардык протондор иретинде болгондо пайда болот.

Бул категориядагы элементтер сызыктуу эмес оптикалык түзүлүштөрдө жана электрдик оптикада колдонулат.

Экинчи категориядагы ферроэлектриктерде протондор окшош иреттелет, глицин молекулаларынын жанында диполдор гана пайда болот.

Бул топтун компоненттери чектелген өлчөмдө колдонулат. Көбүнчө алар пиро ресиверлерди камтыйт.

Суюк кристалл көрүнүштөрү

Алар ирети менен тизилген полярдык молекулалардын болушу менен мүнөздөлөт. Бул жерде ферроэлектриктердин негизги өзгөчөлүктөрү ачык-айкын көрүнүп турат.

Алардын оптикалык сапаттарына температура жана тышкы электр спектринин вектору таасир этет.

Ушул факторлордун негизинде бул типтеги ферроэлектриктерди колдонуу оптикалык сенсорлордо, мониторлордо, баннерлерде ж.б. ишке ашырылат.

Эки класстын айырмасы

Ферроэлектриктер - иондор же диполдор бар түзүлүштөр. Алардын касиеттери боюнча олуттуу айырмачылыктар бар. Ошентип, биринчи компоненттер сууда такыр эрибейт, бирок алар күчтүү механикалык күчкө ээ. Керамикалык система иштетилген шартта алар поликристалл форматында оңой түзүлөт.

Акыркысы сууда оңой эрийт жана анча күчтүү эмес. Алар суулуу курамынан катуу параметрлердин монокристаллдарын түзүүгө мүмкүндүк берет.

Домендер

Терроэлектриктердин көпчүлүк мүнөздөмөлөрү домендерден көз каранды. Ошентип, которуштуруу учурдагы параметр алардын жүрүм-туруму менен тыгыз байланышта. Алар монокристаллдарда да, керамикаларда да кездешет.

Терроэлектриканын домендик структурасы макроскопиялык өлчөмдөрдүн сектору. Анда ыктыярдуу поляризация вектору эч кандай карама-каршылыктарга ээ эмес. Ал эми кошуна секторлордогу окшош вектордон айырмачылыктар гана бар.

Домендер бир кристаллдын ички мейкиндигинде жыла турган дубалдарды бөлүп турат. Бул учурда, кээ бир өсүү жана башка домендердин төмөндөшү бар. Реполяризация болгондо, секторлор дубалдардын жылышынан же ушул сыяктуу процесстерден улам өнүгөт.

Терроэлектриктердин электрдик касиеттери,монокристаллдар кристалл торчосунун симметриясынын негизинде түзүлөт.

Эн рентабелдүү энергетикалык структура андагы домен чектеринин электрдик нейтралдуу болушу менен мүнөздөлөт. Ошентип, поляризация вектору белгилүү бир домендин чегине проекцияланат жана анын узундугуна барабар. Ошол эле учурда, ал эң жакын домен тараптан бирдей векторго карама-каршы келет.

Демек, домендердин электрдик параметрлери баш-куйрук схемасынын негизинде түзүлөт. Домендердин сызыктуу маанилери аныкталат. Алар 10^-4-10^-1 диапазондо. карагыла

Поляризация

Тышкы электр талаасынан улам домендердин электрдик аракеттеринин вектору өзгөрөт. Ошентип, ферроэлектриктердин кубаттуу поляризациясы пайда болот. Натыйжада, диэлектрдик туруктуу чоң мааниге жетет.

Домендердин поляризациясы алардын чек араларынын жылышынан улам келип чыгышы жана өнүгүшү менен түшүндүрүлөт.

Терроэлектриктердин көрсөтүлгөн структурасы алардын индукциясынын тышкы талаанын чыңалуу даражасына кыйыр көз карандылыгын пайда кылат. Ал начар болгондо секторлор ортосундагы байланыш сызыктуу болот. Домен чектери кайра кайтарылуучу принципке ылайык жылдырылган бөлүм пайда болот.

Күчтүү талаалардын зонасында мындай процесс кайра кайтарылгыс. Ошол эле учурда, SEP вектору талаа вектору менен минималдуу бурчту түзгөн секторлор өсөт. Ал эми белгилүү бир чыңалууда, бардык домендер талааны бойлой тизилет. Техникалык каныккандык түзүлүүдө.

Мындай шарттарда чыңалууну нөлгө түшүргөндө, индукциянын ушуга окшош өзгөрүүсү болбойт. АлD_r калдыгын алат. Эгер ага карама-каршы заряддуу талаа таасир этсе, ал тез азайып, векторун өзгөртөт.

Кийинки чыңалуунун өнүгүшү кайрадан техникалык каныккандыкка алып келет. Ошентип, ферроэлектриктин ар түрдүү спектрдеги поляризациянын тескерисине көз карандылыгы белгиленет. Бул процесс менен катар гистерезис пайда болот.

Э_{r диапазонунун интенсивдүүлүгү,} мында индукция нөлдүк маани аркылуу уланат, бул мажбурлоочу күч.

Гистерезис процесси

Анын жардамы менен талаанын таасири астында домендин чек аралары кайтарылгыс жылдырылат. Бул домендерди жайгаштыруу үчүн энергия чыгымдарынан улам диэлектрдик жоготуулардын болушун билдирет.

Бул жерде гистерезис цикли пайда болот.

Анын аянты ферроэлектрдик бир циклде сарпталган энергияга туура келет. Жоготуулардан улам анда 0, 1 бурчтун тангенси пайда болот.

Гистерезис циклдери ар кандай амплитудалык маанилерде түзүлөт. Алардын чокулары чогуу негизги поляризация ийри сызыгын түзөт.

Темир электрдин негизги поляризация ийри сызыгы

Өлчөө операциялары

Дерлик бардык класстардагы ферроэлектриктердин диэлектрдик өтүмдүүлүгү T_{Kдан алыс болгон маанилерде да катуу маанилерде айырмаланат.}

Ферроэлектриктердин диэлектрик өтүмдүүлүгү

Анын өлчөөсү төмөнкүчө: кристаллга эки электрод колдонулат. Анын сыйымдуулугу өзгөрүлмө диапазондо аныкталат.

Жогорудакөрсөткүчтөр T_K өткөргүчтүк белгилүү бир жылуулук көз карандылыкка ээ. Бул Кюри-Вейс мыйзамынын негизинде эсептелсе болот. Бул жерде төмөнкү формула иштейт:

e=4pC / (T-Tc).

Мында C - Кюри константасы. Өткөөл маанилерден төмөн, ал тез түшөт.

Формуладагы "e" тамгасы сызыктуу эместикти билдирет, ал бул жерде өзгөрүлүүчү чыңалуу менен кыйла тар спектрде бар. Анын жана гистерезистен улам ферроэлектрдик өткөргүчтүн көлөмү жана иштөө режимине жараша болот.

Өтүүчүлүктүн түрлөрү

Сызыктуу эмес компоненттин ар кандай иштөө шарттарында материал анын сапаттарын өзгөртөт. Аларды мүнөздөө үчүн өткөргүчтүктүн төмөнкү түрлөрү колдонулат:

Статистикалык (e_st). Аны эсептөө үчүн негизги поляризация ийри сызыгы колдонулат: e_st =D / (e₀E)=1 + P / (e 0_{E) » P / (e}0_E).
Тескери (e_p). Туруктуу талаанын параллелдүү таасири астында өзгөрмө диапазондо ферроэлектрдик поляризациянын өзгөрүшүн билдирет.
Натыйжалуу (e_ef). Сызыктуу эмес компонент менен бирдикте бара жаткан иш жүзүндөгү ток I (синусоидалуу эмес түрүн билдирет) боюнча эсептелген. Бул учурда активдүү чыңалуу U жана бурчтук жыштык w болот. Формула иштейт: e_ef ~ C_ef =I / (wU).
Баштапкы. Ал өтө начар спектрлерде аныкталган.

Пироэлектриктердин эки негизги түрү

Бул ферроэлектриктер жана антиферроэлектриктер. АлардаBOT секторлору бар - домендер.

Биринчи формада бир домен өзүнүн айланасында деполяризациялоочу сфераны түзөт.

Көп домендер түзүлгөндө, ал азаят. Деполяризациянын энергиясы да азаят, бирок сектордун дубалдарынын энергиясы жогорулайт. Бул көрсөткүчтөр бирдей тартипте болгондо процесс аяктайт.

Ферроэлектриктер сырткы чөйрөдө болгондо HSEнин жүрүм-туруму кандай болот, жогоруда сүрөттөлгөн.

Антиферроэлектриктер - бири-биринин ичине жайгаштырылган, жок дегенде, эки субласттардын ассимиляциясы. Ар биринде диполдук факторлордун багыты параллелдүү. Жана алардын жалпы диполдук индекси 0.

Алсыз спектрлерде антиферроэлектриктер поляризациянын сызыктуу түрү менен айырмаланат. Бирок талаа күчү жогорулаган сайын, алар ферроэлектрдик шарттарга ээ боло алышат. Талаа параметрлери 0дөн E_{1ге чейин өнүгөт.} Поляризация сызыктуу өсөт. Тескери кыймылда ал талаадан алыстап баратат - укурук алынды.

E_{2 диапазонунун күчү пайда болгондо,} ферроэлектр анын антиподуна айланат.

Талаа векторун E өзгөрткөндө абал бирдей. Бул ийри сызыктын симметриялуу экенин билдирет.

Антиферроэлектр, Кюри белгисинен ашып, параэлектрдик шарттарга ээ болот.

Бул чекитке төмөнкү жакындаганда өткөрүмдүүлүк белгилүү максимумга жетет. Анын үстүндө Кюри-Вейс формуласына ылайык өзгөрөт. Бирок, көрсөтүлгөн чекиттеги абсолюттук өткөрүмдүүлүк параметри ферроэлектрикинен төмөн.

Көп учурларда антиферроэлектриктер баралардын антиподдоруна окшош кристаллдык түзүлүш. Сейрек учурларда жана окшош кошулмалар менен, бирок ар кандай температураларда эки пироэлектриктердин тең фазалары пайда болот.

Эң белгилүү антиферроэлектриктер NaNbO_3, NH₄H₂P0 4 _{ж.б. Алардын саны кадимки ферроэлектриктердин санынан азыраак.}