Фероелектриците са Концепция, определение, свойства и приложение

2024 Автор: Angel Austin | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-17 05:17

Фероелектриците са елементи със спонтанна електрическа поляризация (SEP). Инициатори на неговото обръщане могат да бъдат приложения на електрическия обхват Е с подходящи параметри и вектори на посоката. Този процес се нарича реполяризация. Непременно е придружен от хистерезис.

Общи характеристики

Фероелектриците са компоненти, които имат:

1. Колосална пропускливост.
2. Мощен пиезо модул.
3. Loop.

Използването на фероелектрици се извършва в много индустрии. Ето няколко примера:

1. Радиотехника.
2. Квантова електроника.
3. Измервателна технология.
4. Електрическа акустика.

Фероелектриците са твърди тела, които не са метали. Тяхното изследване е най-ефективно, когато състоянието им е монокристал.

Ярки специфики

Има само три от тези елементи:

1. Обратима поляризация.
2. Нелинейност.
3. Аномални характеристики.

Много фероелектрици престават да бъдат фероелектрици, когато са вусловия на температурен преход. Такива параметри се наричат T_K. Веществата се държат необичайно. Тяхната диелектрична константа се развива бързо и достига солидни нива.

Класификация

Тя е доста сложна. Обикновено ключовите му аспекти са дизайна на елементите и технологията на образуване на СЕП в контакт с него при смяната на фазите. Тук има разделение на два вида:

1. Има офсет. Техните йони се изместват по време на фазовото движение.
2. Редът е хаос. При подобни условия диполите на началната фаза са подредени в тях.

Тези видове също имат подвидове. Например, пристрастните компоненти попадат в две категории: перовскити и псевдо-илменити.

Вторият тип има разделение на три класа:

1. Калиеви дихидрогенфосфати (KDR) и алкални метали (напр. KH₂AsO₄ и KH_{2 PO}4 _).
2. Триглицин сулфати (THS): (NH₂CH₂COOH₃)× H ₂SO_4.
3. Компоненти с течни кристали

перовскити

Тези елементи съществуват в два формата:

1. Монокристална.
2. Ceramic.

Те съдържат кислороден октаедър, който съдържа Ti йон с валентност 4-5.

Когато настъпи параелектричният етап, кристалите придобиват кубична структура. Йони като Ba и Cd са концентрирани в горната част. А кислородните им колеги са разположени в средата на лицата. Така се образуваоктаедър.

Когато титановите йони се променят тук, се извършва SEP. Такива фероелектрици могат да създават твърди смеси с образувания с подобна структура. Например, PbTiO₃-PbZrO₃ . Това води до керамика с подходящи характеристики за устройства като вариконди, пиезо задвижки, позистори и др.

псевдоилменити

Те се различават по ромбоедрична конфигурация. Тяхната ярка специфика са индикаторите за висока температура на Кюри.

Те също са кристали. Като правило те се използват в акустични механизми на горните големи вълни. Следните устройства се характеризират със своето присъствие:

- резонатори;

- филтри с ивици;

- високочестотни акустооптични модулатори;

- пиро приемници.

Те също са въведени в електронни и оптични нелинейни устройства.

KDR и TGS

Фероелектриците от първия определен клас имат структура, която подрежда протоните във водородни контакти. SEP възниква, когато всички протони са в ред.

Елементи от тази категория се използват в нелинейни оптични устройства и в електрическата оптика.

В фероелектриците от втората категория протоните са подредени по подобен начин, само диполи се образуват близо до глициновите молекули.

Компонентите на тази група се използват в ограничена степен. Обикновено те съдържат пиро приемници.

Изгледи с течни кристали

Те се характеризират с наличието на полярни молекули, подредени в ред. Тук ясно се проявяват основните специфики на фероелектриците.

Оптичните им качества се влияят от температурата и вектора на външния електрически спектър.

Въз основа на тези фактори, използването на фероелектрици от този тип се прилага в оптични сензори, монитори, банери и др.

Разлики между двата класа

Фероелектриците са образувания с йони или диполи. Те имат значителни разлики в свойствата си. И така, първите компоненти изобщо не се разтварят във вода, но имат мощна механична якост. Лесно се оформят в поликристален формат, при условие че керамичната система работи.

Последните лесно се разтварят във вода и имат незначителна сила. Те позволяват образуването на единични кристали с твърди параметри от водни състави.

Домейни

Повечето характеристики на фероелектриците зависят от домейни. По този начин параметърът на тока на превключване е тясно свързан с тяхното поведение. Срещат се както в монокристали, така и в керамика.

Доменната структура на фероелектриците е сектор с макроскопични измерения. В него векторът на произволната поляризация няма несъответствия. И има само разлики от подобен вектор в съседните сектори.

Доменни отделни стени, които могат да се движат във вътрешното пространство на единичен кристал. В този случай има увеличение в едни и намаление в други домейни. Когато има реполяризация, секторите се развиват поради изместване на стените или подобни процеси.

Електрически свойства на фероелектриците,които са монокристали, се образуват въз основа на симетрията на кристалната решетка.

Най-печелившата енергийна структура се характеризира с това, че границите на домейна в нея са електрически неутрални. По този начин поляризационният вектор се проектира върху границата на определен домейн и е равен на неговата дължина. В същото време той е противоположен по посока на идентичния вектор от страната на най-близкия домейн.

Следователно, електрическите параметри на домейните се формират на базата на схемата глава-опашка. Определят се линейни стойности на домейни. Те са в диапазона 10^-4-10^-1 виж

Поляризация

Поради външното електрическо поле, векторът на електрическите действия на домейните се променя. Така възниква мощна поляризация на фероелектриците. В резултат на това диелектричната константа достига огромни стойности.

Поляризацията на домейните се обяснява с техния произход и развитие поради изместването на техните граници.

Посочената структура на фероелектриците предизвиква косвена зависимост на тяхната индукция от степента на напрежение на външното поле. Когато е слаб, връзката между секторите е линейна. Появява се секция, където границите на домейна се изместват според обратим принцип.

В зоната на мощните полета такъв процес е необратим. В същото време секторите, за които SEP векторът образува минималния ъгъл с вектора на полето, нарастват. И при определено напрежение всички домейни се подреждат точно по протежение на полето. Оформя се техническо насищане.

При такива условия, когато напрежението е намалено до нула, няма подобно обръщане на индукцията. Тя еполучава остатъчния D_r. Ако то е засегнато от поле с противоположен заряд, то бързо ще намалее и ще промени вектора си.

Последващото развитие на напрежението отново води до техническо насищане. Така се обозначава зависимостта на фероелектрика от обръщането на поляризацията в различни спектри. Успоредно с този процес възниква хистерезис.

Интензитетът на обхвата E_r, , при който индукцията следва през нулевата стойност, е коерцитивната сила.

Процес на хистерезис

С него границите на домейна се изместват необратимо под влияние на полето. Това означава наличието на диелектрични загуби, дължащи се на енергийни разходи за подреждане на домейни.

Тук се образува хистерезисна верига.

Площта му съответства на енергията, изразходвана във фероелектрика за един цикъл. Поради загуби в него се образува тангенсът на ъгъла 0, 1.

Хистерезисните бримки се създават при различни стойности на амплитудата. Заедно техните върхове образуват основната поляризационна крива.

Операции за измерване

Диелектричната константа на фероелектриците от почти всички класове се различава в твърди стойности дори при стойности, далеч от T_K.

Измерването му е както следва: два електрода са приложени към кристала. Капацитетът му се определя в променлив диапазон.

По-горепоказатели T_K пропускливостта има определена термична зависимост. Това може да се изчисли въз основа на закона Кюри-Вайс. Тук работи следната формула:

e=4pC / (T-Tc).

В него C е константата на Кюри. Под преходните стойности пада бързо.

Буквата "e" във формулата означава нелинейност, която присъства тук в доста тесен спектър с променящо се напрежение. Поради него и хистерезиса, пропускливостта и обемът на фероелектрика зависят от режима на работа.

Видове пропускливост

Материал при различни работни условия на нелинеен компонент променя своите качества. За характеризирането им се използват следните видове пропускливост:

1. Статистически (e_st). За изчисляването му се използва основната поляризационна крива: e_st =D / (e₀E)=1 + P / (e 0_{E) » P / (e}0_E).
2. Обратно (e_p). Означава промяна в поляризацията на фероелектрика в променливия обхват под паралелно влияние на стабилно поле.
3. Ефективна (e_ef). Изчислява се от действителния ток I (предполага несинусоидален тип), който върви във връзка с нелинейния компонент. В този случай има активно напрежение U и ъглова честота w. Формулата работи: e_ef ~ C_ef =I / (wU).
4. Инициал. Определя се в изключително слаби спектри.

Два основни типа пироелектрици

Това са фероелектрици и антифероелектрици. Те иматима BOT сектори - домейни.

В първата форма един домейн образува деполяризираща сфера около себе си.

Когато се създават много домейни, той намалява. Енергията на деполяризация също намалява, но енергията на стените на сектора се увеличава. Процесът е завършен, когато тези индикатори са в същия ред.

Какво е поведението на HSE, когато фероелектриците са във външната сфера, беше описано по-горе.

Антифероелектрици - асимилация на поне две подрешетки, поставени една в друга. Във всеки от тях посоката на диполните фактори е успоредна. И техният общ диполен индекс е 0.

При слаби спектри антифероелектриците се отличават с линеен тип поляризация. Но с увеличаване на силата на полето те могат да придобият фероелектрични условия. Параметрите на полето се развиват от 0 до E_1. Поляризацията нараства линейно. При обратното движение тя вече се отдалечава от полето - получава се цикъл.

Когато силата на диапазона E_{2 се формира,} фероелектрикът се превръща в неговия антипод.

При промяна на вектора на полето E, ситуацията е идентична. Това означава, че кривата е симетрична.

Антифероелектрикът, надвишаващ знака на Кюри, придобива параелектрични условия.

С по-ниския подход към тази точка пропускливостта достига определен максимум. Над него тя варира според формулата на Кюри-Вайс. Въпреки това, параметърът на абсолютната пропускливост в посочената точка е по-нисък от този на фероелектриците.

В много случаи антифероелектриците иматкристална структура, подобна на техните антиподи. В редки ситуации и с идентични съединения, но при различни температури се появяват фази на двата пироелектрика.

Най-известните антифероелектрици са NaNbO_3, NH₄H₂P0 4 _{и др. Техният брой е по-нисък от броя на обикновените фероелектрици.}