Feroelektriki so Koncept, definicija, lastnosti in uporaba

2024 Avtor: Angel Austin | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-17 05:41

Feroelektriki so elementi s spontano električno polarizacijo (SEP). Pobudniki njegovega obrata so lahko aplikacije električnega območja E z ustreznimi parametri in vektorji smeri. Ta proces se imenuje repolarizacija. Nujno ga spremlja histereza.

Skupne značilnosti

Feroelektriki so komponente, ki imajo:

1. Kolosalna prepustnost.
2. Zmogljiv piezo modul.
3. Loop.

Uporaba feroelektrikov se izvaja v številnih panogah. Tukaj je nekaj primerov:

1. Radijski inženiring.
2. Kvantna elektronika.
3. Merilna tehnologija.
4. Električna akustika.

Feroelektriki so trdne snovi, ki niso kovine. Njihova študija je najučinkovitejša, če je njihovo stanje monokristal.

svetle podrobnosti

Obstajajo samo trije od teh elementov:

1. reverzibilna polarizacija.
2. Nelinearnost.
3. Anomalne značilnosti.

Številni feroelektriki prenehajo biti feroelektriki, ko so vtemperaturni prehodni pogoji. Takšni parametri se imenujejo T_K. Snovi se obnašajo nenormalno. Njihova dielektrična konstanta se hitro razvija in doseže trdne ravni.

Razvrstitev

Je precej zapletena. Običajno so njeni ključni vidiki zasnova elementov in tehnologija oblikovanja SEP v stiku z njim med menjavo faz. Tukaj je razdelitev na dve vrsti:

1. Imajo odmik. Njihovi ioni se premikajo med faznim gibanjem.
2. Red je kaos. Pod podobnimi pogoji so v njih urejeni dipoli začetne faze.

Te vrste imajo tudi podvrste. Na primer, pristranske komponente spadajo v dve kategoriji: perovskiti in psevdoilmeniti.

Druga vrsta je razdeljena na tri razrede:

1. Kalijevi dihidrogenfosfati (KDR) in alkalijske kovine (npr. KH₂AsO₄ in KH_{2 PO}4 _).
2. triglicinski sulfati (THS): (NH₂CH₂COOH₃)× H ₂SO_4.
3. komponente tekočih kristalov

perovskiti

Ti elementi obstajajo v dveh oblikah:

1. Monokristalna.
2. keramika.

Vsebujejo kisikov oktaeder, ki vsebuje Ti ion z valenco 4-5.

Ko nastopi paraelektrična faza, kristali pridobijo kubično strukturo. Ioni, kot sta Ba in Cd, so koncentrirani na vrhu. Njihovi kisikovi dvojniki so nameščeni na sredini obrazov. Tako se oblikujeoktaeder.

Ko se titanovi ioni tukaj spremenijo, se izvede SEP. Takšni feroelektriki lahko ustvarijo trdne zmesi s formacijami podobne strukture. Na primer, PbTiO₃-PbZrO₃ . Posledica tega je keramika z ustreznimi lastnostmi za naprave, kot so varikonde, piezo aktuatorji, posistorji, itd.

Psevdo-ilmeniti

Razlikujejo se po romboedrski konfiguraciji. Njihova svetla specifičnost so indikatorji visoke Curiejeve temperature.

So tudi kristali. Praviloma se uporabljajo v akustičnih mehanizmih na zgornjih velikih valovih. Za naslednje naprave je značilna njihova prisotnost:

- resonatorji;

- filtri s črtami;

- visokofrekvenčni akustično-optični modulatorji;

- piro sprejemniki.

Uvedeni so tudi v elektronske in optične nelinearne naprave.

KDR in TGS

Feroelektriki prvega označenega razreda imajo strukturo, ki razporeja protone v vodikove kontakte. SEP se pojavi, ko so vsi protoni v redu.

Elementi te kategorije se uporabljajo v nelinearnih optičnih napravah in v električni optiki.

V feroelektrikih druge kategorije so protoni urejeni podobno, le dipoli nastanejo v bližini molekul glicina.

Komponente te skupine se uporabljajo v omejenem obsegu. Običajno vsebujejo piro sprejemnike.

pogledi tekočih kristalov

Zanje je značilna prisotnost polarnih molekul, razporejenih po vrstnem redu. Tu se jasno pokažejo glavne posebnosti feroelektrikov.

Na njihove optične lastnosti vplivata temperatura in vektor zunanjega električnega spektra.

Na podlagi teh dejavnikov je uporaba tovrstnih feroelektrikov implementirana v optične senzorje, monitorje, transparente, itd.

Razlike med obema razredoma

Feroelektriki so tvorbe z ioni ali dipoli. Imajo pomembne razlike v svojih lastnostih. Torej se prve komponente sploh ne raztopijo v vodi, imajo pa močno mehansko trdnost. Enostavno se oblikujejo v polikristalni obliki pod pogojem, da deluje keramični sistem.

Slednji se zlahka raztopijo v vodi in imajo zanemarljivo moč. Omogočajo tvorbo monokristalov trdnih parametrov iz vodnih sestavkov.

Domene

Večina značilnosti feroelektrikov je odvisna od domen. Tako je parameter preklopnega toka tesno povezan z njihovim obnašanjem. Najdemo jih tako v monokristalih kot v keramiki.

Domenska struktura feroelektrikov je sektor makroskopskih dimenzij. V njem vektor poljubne polarizacije nima odstopanj. In obstajajo le razlike od podobnega vektorja v sosednjih sektorjih.

Domene ločene stene, ki se lahko premikajo v notranjem prostoru posameznega kristala. V tem primeru pride do povečanja v nekaterih in zmanjšanja v drugih domenah. Ko pride do repolarizacije, se sektorji razvijejo zaradi premikanja sten ali podobnih procesov.

Električne lastnosti feroelektrikov,ki so monokristali, nastanejo na podlagi simetrije kristalne mreže.

Za najbolj donosno energetsko strukturo je značilno, da so domenske meje v njej električno nevtralne. Tako se polarizacijski vektor projicira na mejo določene domene in je enak njeni dolžini. Hkrati je v nasprotni smeri od enakega vektorja s strani najbližje domene.

Posledično so električni parametri domen oblikovani na podlagi sheme head-tail. Določene so linearne vrednosti domen. So v območju 10^-4-10^-1 glej

polarizacija

Zaradi zunanjega električnega polja se spreminja vektor električnih akcij domen. Tako nastane močna polarizacija feroelektrikov. Zaradi tega dielektrična konstanta doseže ogromne vrednosti.

Polarizacija domen je razložena z njihovim izvorom in razvojem zaradi premika njihovih meja.

Navedena struktura feroelektrikov povzroča posredno odvisnost njihove indukcije od stopnje napetosti zunanjega polja. Ko je šibka, je razmerje med sektorji linearno. Pojavi se razdelek, kjer so omejitve domen premaknjene po reverzibilnem principu.

Na območju močnih polj je tak proces nepovraten. Hkrati rastejo sektorji, za katere vektor SEP tvori minimalni kot z vektorjem polja. In ob določeni napetosti se vse domene poravnajo točno vzdolž polja. Tehnična zasičenost se oblikuje.

Pod takšnimi pogoji, ko se napetost zmanjša na nič, ni podobnega obrata indukcije. ona jedobi preostali D_r. Če nanj vpliva polje z nasprotnim nabojem, se bo hitro zmanjšalo in spremenilo svoj vektor.

Nadaljnji razvoj napetosti spet vodi v tehnično zasičenost. Tako je označena odvisnost feroelektrika od obrata polarizacije v različnih spektrih. Vzporedno s tem procesom se pojavi histereza.

Intenzivnost razpona E_r, , pri katerem indukcija sledi skozi ničelno vrednost, je prisilna sila.

proces histereze

Z njim se meje domene nepovratno premaknejo pod vplivom polja. Pomeni prisotnost dielektričnih izgub zaradi stroškov energije za razporeditev domen.

Tu se oblikuje histerezna zanka.

Njegova površina ustreza energiji, porabljeni v feroelektriku v enem ciklu. Zaradi izgub v njej nastane tangent kota 0, 1.

Histerezne zanke so ustvarjene pri različnih amplitudnih vrednostih. Njihovi vrhovi skupaj tvorijo glavno polarizacijsko krivuljo.

Merilne operacije

Dielektrična konstanta feroelektrikov skoraj vseh razredov se razlikuje v trdnih vrednostih tudi pri vrednostih, ki so daleč od T_K.

Njegova meritev je naslednja: dve elektrodi sta nameščeni na kristal. Njegova zmogljivost je določena v spremenljivem območju.

Zgorajindikatorji T_K prepustnost ima določeno toplotno odvisnost. To je mogoče izračunati na podlagi Curie-Weissovega zakona. Tukaj deluje naslednja formula:

e=4pC / (T-Tc).

V njej je C Curiejeva konstanta. Pod prehodnimi vrednostmi hitro pada.

Črka "e" v formuli pomeni nelinearnost, ki je tukaj prisotna v dokaj ozkem spektru s premikajočo se napetostjo. Zaradi nje in histereze sta prepustnost in prostornina feroelektrika odvisna od načina delovanja.

Vrste prepustnosti

Material pod različnimi pogoji delovanja nelinearne komponente spremeni svoje kvalitete. Za njihovo karakterizacijo se uporabljajo naslednje vrste prepustnosti:

1. Statistični (e_st). Za izračun se uporablja glavna polarizacijska krivulja: e_st =D / (e₀E)=1 + P / (e 0_{E) » P / (e}0_E).
2. Povratna (e_p). Označuje spremembo polarizacije feroelektrika v spremenljivem območju pod vzporednim vplivom stabilnega polja.
3. Učinkovito (e_ef). Izračunano iz dejanskega toka I (pomeni nesinusni tip), ki poteka v povezavi z nelinearno komponento. V tem primeru obstajata aktivna napetost U in kotna frekvenca w. Formula deluje: e_ef ~ C_ef =I / (wU).
4. Začetna. Določa se v izjemno šibkih spektrih.

Dve glavni vrsti piroelektrikov

To so feroelektriki in antiferoelektriki. Imajoobstajajo BOT sektorji - domene.

V prvi obliki ena domena tvori okrog sebe depolarizirajočo kroglo.

Ko je ustvarjenih veliko domen, se zmanjša. Zmanjša se tudi energija depolarizacije, vendar se poveča energija sten sektorja. Postopek je končan, ko so ti kazalniki v istem vrstnem redu.

Kakšno se obnaša HSE, ko so feroelektriki v zunanji sferi, je bilo opisano zgoraj.

Antiferoelektriki - asimilacija vsaj dveh podmrež, nameščenih ena v drugo. V vsakem je smer dipolnih faktorjev vzporedna. Njihov skupni dipolni indeks je 0.

V šibkih spektrih se antiferoelektriki razlikujejo po linearnem tipu polarizacije. Toda ko se moč polja poveča, lahko pridobijo feroelektrične pogoje. Parametri polja se razvijejo od 0 do E_1. Polarizacija raste linearno. Pri vzvratnem gibanju se že oddaljuje od polja - dobi se zanka.

Ko se oblikuje moč razpona E_{2, se} feroelektrik pretvori v njegov antipod.

Pri spreminjanju vektorja polja E je situacija enaka. To pomeni, da je krivulja simetrična.

Antiferoelektrik, ki preseže Curiejevo oznako, pridobi paraelektrične pogoje.

Pri nižjem pristopu k tej točki doseže prepustnost določen maksimum. Nad njim se spreminja po Curie-Weissovi formuli. Vendar pa je parameter absolutne prepustnosti na navedeni točki slabši od parametra feroelektrikov.

V mnogih primerih imajo antiferoelektrikikristalna struktura, podobna njihovim antipodom. V redkih primerih in z enakimi spojinami, vendar pri različnih temperaturah, se pojavijo faze obeh piroelektrikov.

Najbolj znani antiferoelektriki so NaNbO_3, NH₄H₂P0 4 _{itd. Njihovo število je manjše od števila običajnih feroelektrikov.}