Feroelektrici su Koncept, definicija, svojstva i primjena

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-12-17 05:19

Feroelektrici su elementi sa spontanom električnom polarizacijom (SEP). Inicijatori njegovog preokreta mogu biti primjene električnog opsega E sa odgovarajućim parametrima i vektorima smjera. Ovaj proces se naziva repolarizacija. To je obavezno praćeno histerezom.

Zajedničke karakteristike

Feroelektrici su komponente koje imaju:

Kolosalna permitivnost.
Moćan piezo modul.
Loop.

Upotreba feroelektrika se provodi u mnogim industrijama. Evo nekoliko primjera:

Radio inženjering.
Kvantna elektronika.
Tehnologija mjerenja.
Električna akustika.

Feroelektrici su čvrste materije koje nisu metali. Njihovo istraživanje je najefikasnije kada je njihovo stanje monokristalno.

Sjajne specifičnosti

Postoje samo tri ova elementa:

Reverzibilna polarizacija.
Nelinearnost.
Anomalne karakteristike.

Mnogi feroelektrici prestaju biti feroelektrici kada su utemperaturni prelazni uslovi. Takvi parametri se nazivaju T_K. Supstance se ponašaju nenormalno. Njihova dielektrična konstanta se brzo razvija i dostiže solidne nivoe.

Klasifikacija

Ona je prilično kompleksna. Obično su njeni ključni aspekti dizajn elemenata i tehnologija formiranja SEP-a u kontaktu sa njim tokom promene faza. Ovdje postoji podjela na dvije vrste:

Imajući ofset. Njihovi joni se pomeraju tokom faznog kretanja.
Red je haos. Pod sličnim uslovima, u njima su poređani dipoli početne faze.

Ove vrste takođe imaju podvrste. Na primjer, pristrasne komponente spadaju u dvije kategorije: perovskiti i pseudo-ilmeniti.

Drugi tip ima podjelu u tri klase:

Kalijev dihidrogen fosfati (KDR) i alkalni metali (npr. KH₂AsO₄ i KH_{2 PO}4 _).
Triglicin sulfati (THS): (NH₂CH₂COOH₃)× H ₂SO_4.
Komponente s tekućim kristalima

perovskiti

Ovi elementi postoje u dva formata:

Monocrystalline.
Ceramic.

Sadrže oktaedar kiseonika, koji sadrži Ti ion sa valentnošću 4-5.

Kada dođe do paraelektrične faze, kristali dobijaju kubičnu strukturu. Joni poput Ba i Cd koncentrirani su na vrhu. A njihovi parnjaci kiseonikom su pozicionirani na sredini lica. Ovako se formiraoktaedar.

Kada se joni titana ovdje mijenjaju, izvodi se SEP. Takvi feroelektrici mogu stvoriti čvrste smjese s formacijama slične strukture. Na primjer, PbTiO₃-PbZrO₃ . Ovo rezultira keramikom sa odgovarajućim karakteristikama za uređaje kao što su varikonde, piezo aktuatori, posistori, itd.

Pseudo-ilmeniti

Razlikuju se po romboedarskoj konfiguraciji. Njihova svijetla specifičnost su indikatori visoke Curie temperature.

Oni su također kristali. U pravilu se koriste u akustičnim mehanizmima na gornjim velikim valovima. Sljedeće uređaje karakteriše prisustvo:

- rezonatori;

- filteri sa prugama;

- visokofrekventni akusto-optički modulatori;

- piro prijemnici.

Uvode se iu elektronske i optičke nelinearne uređaje.

KDR i TGS

Feroelektrici prve označene klase imaju strukturu koja raspoređuje protone u vodikovim kontaktima. SEP se javlja kada su svi protoni u redu.

Elementi ove kategorije se koriste u nelinearnim optičkim uređajima i u električnoj optici.

U feroelektricima druge kategorije, protoni su poređani slično, samo se dipoli formiraju u blizini molekula glicina.

Komponente ove grupe se koriste u ograničenoj mjeri. Obično sadrže piro prijemnike.

Pregledi tečnih kristala

Karakteriše ih prisustvo polarnih molekula poredanih po redu. Ovdje se jasno očituju glavne specifičnosti feroelektrika.

Na njihove optičke kvalitete utiču temperatura i vektor vanjskog električnog spektra.

Na osnovu ovih faktora, upotreba feroelektrika ovog tipa implementirana je u optičke senzore, monitore, banere, itd.

Razlike između dvije klase

Feroelektrici su formacije sa jonima ili dipolima. Imaju značajne razlike u svojim svojstvima. Dakle, prve komponente se uopće ne otapaju u vodi, ali imaju snažnu mehaničku čvrstoću. Lako se formiraju u polikristalnom formatu pod uslovom da se koristi keramički sistem.

Potonji se lako rastvaraju u vodi i imaju zanemarljivu snagu. Oni omogućavaju formiranje pojedinačnih kristala čvrstih parametara iz vodenih kompozicija.

Domeni

Većina karakteristika feroelektrika zavisi od domena. Dakle, parametar struje prebacivanja je usko povezan s njihovim ponašanjem. Nalaze se u monokristalima i u keramici.

Domenska struktura feroelektrika je sektor makroskopskih dimenzija. U njemu vektor proizvoljne polarizacije nema odstupanja. I postoje samo razlike od sličnog vektora u susjednim sektorima.

Domene odvojene zidove koji se mogu kretati u unutrašnjem prostoru jednog kristala. U ovom slučaju dolazi do povećanja u nekim i smanjenja u drugim domenima. Kada dođe do repolarizacije, sektori se razvijaju usled pomeranja zidova ili sličnih procesa.

Električna svojstva feroelektrika,koji su monokristali, formirani su na osnovu simetrije kristalne rešetke.

Najprofitabilniju energetsku strukturu karakteriše činjenica da su granice domena u njoj električno neutralne. Dakle, vektor polarizacije se projektuje na granicu određenog domena i jednak je njegovoj dužini. Istovremeno, on je u suprotnom smjeru od identičnog vektora sa strane najbližeg domena.

Slijedom toga, električni parametri domena se formiraju na osnovu head-tail sheme. Određuju se linearne vrijednosti domena. Oni su u rasponu 10^-4-10^-1 pogledajte

Polarizacija

Usled spoljašnjeg električnog polja, vektor električnih akcija domena se menja. Tako nastaje snažna polarizacija feroelektrika. Kao rezultat, dielektrična konstanta dostiže ogromne vrijednosti.

Polarizacija domena se objašnjava njihovim nastankom i razvojem zbog pomicanja njihovih granica.

Naznačena struktura feroelektrika izaziva indirektnu zavisnost njihove indukcije od stepena napona spoljašnjeg polja. Kada je slab, odnos između sektora je linearan. Pojavljuje se dio gdje se granice domena pomjeraju prema reverzibilnom principu.

U zoni moćnih polja, takav proces je nepovratan. Istovremeno rastu sektori za koje vektor SEP čini minimalni ugao sa vektorom polja. I pri određenoj napetosti, svi domeni se postavljaju tačno duž polja. Formira se tehničko zasićenje.

U takvim uslovima, kada se napetost smanji na nulu, nema sličnog preokreta indukcije. Ona jedobija preostali D_r. Ako na njega utječe polje suprotnog naboja, ono će se brzo smanjiti i promijeniti svoj vektor.

Naknadni razvoj napetosti opet dovodi do tehničkog zasićenja. Tako se označava zavisnost feroelektrika o preokretu polarizacije u različitim spektrima. Paralelno sa ovim procesom dolazi do histereza.

Intenzitet opsega E_r, u kojem indukcija slijedi kroz nultu vrijednost, je sila prisile.

Proces histereze

Sa njim se granice domena nepovratno pomeraju pod uticajem polja. To znači prisustvo dielektričnih gubitaka zbog troškova energije za uređenje domena.

Ovdje se formira petlja histereze.

Njegova površina odgovara energiji utrošenoj u feroelektriku u jednom ciklusu. Zbog gubitaka se u njemu formira tangenta ugla 0,1.

Histerezne petlje se kreiraju pri različitim vrijednostima amplitude. Zajedno, njihovi vrhovi formiraju glavnu krivu polarizacije.

Glavna polarizaciona kriva feroelektrika

Mjerne operacije

Dielektrična konstanta feroelektrika gotovo svih klasa razlikuje se u čvrstim vrijednostima čak i na vrijednostima daleko od T_K.

Njegovo merenje je sledeće: dve elektrode se primenjuju na kristal. Njegov kapacitet je određen u promjenjivom rasponu.

Iznadindikatori T_K propusnost ima određenu termičku zavisnost. Ovo se može izračunati na osnovu Curie-Weissovog zakona. Ovdje radi sljedeća formula:

e=4pC / (T-Tc).

U njemu, C je Curiejeva konstanta. Ispod prelaznih vrijednosti, brzo opada.

Slovo "e" u formuli znači nelinearnost, koja je ovdje prisutna u prilično uskom spektru sa promjenjivim naponom. Zbog nje i histereze, propusnost i zapremina feroelektrika zavise od načina rada.

Vrste propusnosti

Materijal pod različitim radnim uslovima nelinearne komponente menja svoje kvalitete. Sljedeći tipovi propusnosti se koriste da ih karakteriziraju:

Statistički (e_st). Za izračunavanje koristi se glavna kriva polarizacije: e_st =D / (e₀E)=1 + P / (e 0_{E) » P / (e}0_E).
Revers (e_p). Označava promjenu polarizacije feroelektrika u promjenljivom opsegu pod paralelnim utjecajem stabilnog polja.
Efektivno (e_ef). Izračunato iz stvarne struje I (podrazumijeva nesinusoidni tip) koja ide u sprezi sa nelinearnom komponentom. U ovom slučaju postoji aktivni napon U i kutna frekvencija w. Formula radi: e_ef ~ C_ef =I / (wU).
Inicijal. Određuje se u ekstremno slabim spektrima.

Dva glavna tipa piroelektrika

Ovo su feroelektrici i antiferoelektrici. Oni imajupostoje BOT sektori - domeni.

U prvom obliku, jedna domena formira depolarizirajuću sferu oko sebe.

Kada se kreira mnogo domena, on se smanjuje. Energija depolarizacije se također smanjuje, ali se povećava energija zidova sektora. Proces je završen kada su ovi indikatori u istom redoslijedu.

Kako se ponaša HSE kada su feroelektrici u vanjskoj sferi, opisano je gore.

Antiferoelektrici - asimilacija najmanje dvije podrešetke postavljene jedna unutar druge. U svakom od njih, smjer dipolnih faktora je paralelan. I njihov zajednički dipolni indeks je 0.

U slabim spektrima, antiferoelektrici se razlikuju po linearnom tipu polarizacije. Ali kako se jačina polja povećava, oni mogu steći feroelektrične uslove. Parametri polja se razvijaju od 0 do E_1. Polarizacija raste linearno. Na obrnutom pokretu ona se već udaljava od polja - dobija se petlja.

Kada se formira snaga opsega E_2, feroelektrik se pretvara u svoj antipod.

Kada se promijeni vektor polja E, situacija je identična. To znači da je kriva simetrična.

Antiferoelektrik, koji prelazi Curiejevu oznaku, poprima paraelektrične uslove.

Sa nižim pristupom ovoj tački, propusnost dostiže određeni maksimum. Iznad njega varira prema Curie-Weissovoj formuli. Međutim, parametar apsolutne permeabilnosti na naznačenoj tački je inferioran u odnosu na parametar feroelektrika.

U mnogim slučajevima, antiferoelektrici imajukristalna struktura slična njihovim antipodima. U rijetkim situacijama i sa identičnim jedinjenjima, ali na različitim temperaturama, pojavljuju se faze oba piroelektrika.

Najpoznatiji antiferoelektrici su NaNbO_3, NH₄H₂P0 4 _{itd. Njihov broj je inferiorniji od broja običnih feroelektrika.}