Feroelektrikët janë Koncepti, përkufizimi, vetitë dhe aplikimi

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2023-12-17 05:41

Feroelektrikët janë elementë me polarizim elektrik spontan (SEP). Iniciatorët e kthimit të tij mund të jenë aplikime të diapazonit elektrik E me parametra dhe vektorë të drejtimit përkatës. Ky proces quhet repolarizimi. Domosdoshmërisht shoqërohet me histerezë.

Karakteristika të përbashkëta

Feroelektrikët janë përbërës që kanë:

Lejshmëri kolosale.
Moduli i fuqishëm piezo.
Loop.

Përdorimi i ferroelektrikëve kryhet në shumë industri. Këtu janë disa shembuj:

Inxhinieri radio.
Elektronikë kuantike.
Teknologji matëse.
Akustikë elektrike.

Feroelektrikët janë lëndë të ngurta që nuk janë metale. Studimi i tyre është më efektiv kur gjendja e tyre është një kristal.

Specifikat e ndritshme

Ka vetëm tre nga këta elementë:

Polarizim i kthyeshëm.
Jolineariteti.
Karakteristika anormale.

Shumë ferroelektrikë pushojnë së qeni ferroelektrikë kur janë nëkushtet e kalimit të temperaturës. Parametra të tillë quhen T_K. Substancat sillen në mënyrë jonormale. Konstanta e tyre dielektrike zhvillohet me shpejtësi dhe arrin nivele solide.

Klasifikimi

Ajo është mjaft komplekse. Zakonisht aspektet kryesore të tij janë projektimi i elementeve dhe teknologjia e formimit të SEP në kontakt me të gjatë ndërrimit të fazave. Këtu ka një ndarje në dy lloje:

Ka një kompensim. Jonet e tyre zhvendosen gjatë lëvizjes fazore.
Rendi është kaos. Në kushte të ngjashme, në to renditen dipolet e fazës fillestare.

Këto specie kanë gjithashtu nëngrupe. Për shembull, përbërësit e njëanshëm ndahen në dy kategori: perovskite dhe pseudo-ilmenite.

Lloji i dytë ka një ndarje në tre klasa:

Dihidrogjen fosfatet e kaliumit (KDR) dhe metalet alkaline (p.sh. KH₂AsO₄ dhe KH_{2 PO}4 _).
Sulfate triglicine (THS): (NH₂CH₂COOH₃)× H ₂SO_4.
Përbërësit e kristalit të lëngët

Perovskite

Këta elementë ekzistojnë në dy formate:

Monokristaline.
Qeramike.

Ato përmbajnë një tetëedron oksigjeni, i cili përmban një jon Ti me një valencë 4-5.

Kur ndodh faza paraelektrike, kristalet marrin një strukturë kubike. Jonet si Ba dhe Cd janë të përqendruara në krye. Dhe homologët e tyre të oksigjenit janë të pozicionuar në mes të fytyrave. Kështu është formuaroktaedron.

Kur këtu ndryshojnë jonet e titanit, kryhet SEP. Ferroelektrikë të tillë mund të krijojnë përzierje të ngurta me formacione të një strukture të ngjashme. Për shembull, PbTiO₃-PbZrO₃ . Kjo rezulton në qeramikë me karakteristika të përshtatshme për pajisje të tilla si varikonda, aktivizues piezo, pozistorë, etj.

Pseudo-ilmenite

Ato ndryshojnë në konfigurimin romboedral. Specifikimi i tyre i ndritshëm janë treguesit e lartë të temperaturës Curie.

Ato janë gjithashtu kristale. Si rregull, ato përdoren në mekanizmat akustikë në valët e sipërme të mëdha. Pajisjet e mëposhtme karakterizohen nga prania e tyre:

- rezonatorë;

- filtra me vija;

- modulatorë akusto-optikë me frekuencë të lartë;

- marrës piro.

Ato janë futur gjithashtu në pajisjet elektronike dhe optike jolineare.

KDR dhe TGS

Feroelektrikët e klasës së parë të caktuar kanë një strukturë që rregullon protonet në kontaktet e hidrogjenit. SEP ndodh kur të gjithë protonet janë në rregull.

Elementet e kësaj kategorie përdoren në pajisjet optike jolineare dhe në optikën elektrike.

Në ferroelektrikët e kategorisë së dytë, protonet renditen në mënyrë të ngjashme, vetëm dipolet formohen pranë molekulave të glicinës.

Përbërësit e këtij grupi përdoren në një masë të kufizuar. Zakonisht ato përmbajnë marrës piro.

Pamje kristal të lëngët

Ato karakterizohen nga prania e molekulave polare të renditura sipas radhës. Këtu shfaqen qartë specifikat kryesore të ferroelektrikës.

Cilësitë e tyre optike ndikohen nga temperatura dhe vektori i spektrit të jashtëm elektrik.

Bazuar në këta faktorë, përdorimi i ferroelektrikëve të këtij lloji zbatohet në sensorë optikë, monitorë, banderola, etj.

Dallimet midis dy klasave

Feroelektrikët janë formacione me jone ose dipole. Ata kanë dallime të konsiderueshme në vetitë e tyre. Pra, përbërësit e parë nuk treten fare në ujë, por kanë forcë të fuqishme mekanike. Ato formohen lehtësisht në formatin polikristal me kusht që sistemi qeramik të funksionojë.

Këta të fundit treten lehtësisht në ujë dhe kanë forcë të papërfillshme. Ato lejojnë formimin e kristaleve të vetme të parametrave të ngurtë nga përbërjet ujore.

Domenet

Shumica e karakteristikave të ferroelektrikëve varen nga domenet. Kështu, parametri i rrymës së kalimit është i lidhur ngushtë me sjelljen e tyre. Ato gjenden si në kristalet e vetme ashtu edhe në qeramikë.

Struktura e domenit të ferroelektrikës është një sektor i dimensioneve makroskopike. Në të, vektori i polarizimit arbitrar nuk ka mospërputhje. Dhe ka vetëm dallime nga një vektor i ngjashëm në sektorët fqinjë.

Domenet ndajnë mure që mund të lëvizin në hapësirën e brendshme të një kristali të vetëm. Në këtë rast, ka një rritje në disa dhe një rënie në domene të tjera. Kur ka një ripolarizim, sektorët zhvillohen për shkak të zhvendosjes së mureve ose proceseve të ngjashme.

Vetitë elektrike të ferroelektrikëve,të cilat janë njëkristale, formohen në bazë të simetrisë së rrjetës kristalore.

Struktura më fitimprurëse e energjisë karakterizohet nga fakti se kufijtë e domenit në të janë elektrikisht neutralë. Kështu, vektori i polarizimit projektohet në kufirin e një domeni të caktuar dhe është i barabartë me gjatësinë e tij. Në të njëjtën kohë, është e kundërt në drejtim me vektorin identik nga ana e domenit më të afërt.

Rrjedhimisht, parametrat elektrikë të domeneve formohen në bazë të skemës kokë-bisht. Përcaktohen vlerat lineare të domeneve. Ato janë në rangun 10^-4-10^-1 shiko

Polarizimi

Për shkak të fushës së jashtme elektrike, vektori i veprimeve elektrike të domeneve ndryshon. Kështu, lind një polarizim i fuqishëm i ferroelektrikës. Si rezultat, konstanta dielektrike arrin vlera të mëdha.

Polarizimi i domeneve shpjegohet me origjinën dhe zhvillimin e tyre për shkak të zhvendosjes së kufijve të tyre.

Struktura e treguar e ferroelektrikëve shkakton një varësi indirekte të induksionit të tyre nga shkalla e tensionit të fushës së jashtme. Kur është i dobët, marrëdhënia ndërmjet sektorëve është lineare. Shfaqet një seksion ku kufijtë e domenit zhvendosen sipas një parimi të kthyeshëm.

Në zonën e fushave të fuqishme, një proces i tillë është i pakthyeshëm. Në të njëjtën kohë, sektorët për të cilët vektori SEP formon këndin minimal me vektorin e fushës rriten. Dhe në një tension të caktuar, të gjitha domenet rreshtohen saktësisht përgjatë fushës. Ngopja teknike po formohet.

Në kushte të tilla, kur tensioni reduktohet në zero, nuk ka ndryshim të ngjashëm të induksionit. Ajo ështëmerr mbetjen D_r. Nëse ndikohet nga një fushë me ngarkesë të kundërt, ajo do të ulet me shpejtësi dhe do të ndryshojë vektorin e saj.

Zhvillimi i mëpasshëm i tensionit përsëri çon në ngopje teknike. Kështu, shënohet varësia e ferroelektrikut nga ndryshimi i polarizimit në spektra të ndryshëm. Paralelisht me këtë proces ndodh edhe histereza.

Intensiteti i diapazonit E_r, në të cilin induksioni vijon përmes vlerës zero, është forca shtrënguese.

Procesi i histerezës

Me të, kufijtë e domenit zhvendosen në mënyrë të pakthyeshme nën ndikimin e fushës. Do të thotë prania e humbjeve dielektrike për shkak të kostove të energjisë për rregullimin e domeneve.

Këtu formohet një lak histerezë.

Sipërfaqja e tij korrespondon me energjinë e shpenzuar në ferroelektrik në një cikël. Për shkak të humbjeve, në të formohet tangjentja e këndit 0, 1.

Sytat e histerezës krijohen në vlera të ndryshme amplitude. Së bashku, majat e tyre formojnë kurbën kryesore të polarizimit.

Kurba kryesore e polarizimit të një ferroelektrike

Operacione matëse

Konstanta dielektrike e ferroelektrikëve të pothuajse të gjitha klasave ndryshon në vlera të ngurta edhe në vlera larg nga T_K.

Matja e tij është si më poshtë: dy elektroda aplikohen në kristal. Kapaciteti i tij përcaktohet në një gamë të ndryshueshme.

Më sipërtreguesit T_K përshkueshmëria ka një varësi të caktuar termike. Kjo mund të llogaritet bazuar në ligjin Curie-Weiss. Formula e mëposhtme funksionon këtu:

e=4pC / (T-Tc).

Në të, C është konstanta Curie. Nën vlerat kalimtare, ai bie me shpejtësi.

Shkronja "e" në formulë do të thotë jolinearitet, e cila është e pranishme këtu në një spektër mjaft të ngushtë me një tension lëvizës. Për shkak të tij dhe histerezës, përshkueshmëria dhe vëllimi i ferroelektrikut varen nga mënyra e funksionimit.

Llojet e përshkueshmërisë

Materiali në kushte të ndryshme funksionimi të një komponenti jolinear ndryshon cilësitë e tij. Llojet e mëposhtme të përshkueshmërisë përdoren për t'i karakterizuar ato:

Statistikore (e_st). Për ta llogaritur atë, përdoret kurba kryesore e polarizimit: e_st =D / (e₀E)=1 + P / (e 0_{E) » P / (e}0_E).
Anasjelltas (e_p). Shënon një ndryshim në polarizimin e ferroelektrikut në diapazonin e ndryshueshëm nën ndikimin paralel të një fushe të qëndrueshme.
Efektive (e_ef). Llogaritur nga rryma aktuale I (nënkupton tipin jo sinusoidal) që shkon në lidhje me komponentin jolinear. Në këtë rast, ekziston një tension aktiv U dhe një frekuencë këndore w. Formula funksionon: e_ef ~ C_ef =I / (wU).
Fillimtar. Përcaktohet në spektra jashtëzakonisht të dobët.

Dy lloje kryesore të piroelektrikëve

Këto janë ferroelektrikë dhe antiferroelektrikë. Ata kaneka sektorë BOT - domene.

Në formën e parë, një domen formon një sferë depolarizuese rreth vetes.

Kur krijohen shumë domene, ai zvogëlohet. Zvogëlohet gjithashtu energjia e depolarizimit, por rritet energjia e mureve të sektorit. Procesi përfundon kur këta tregues janë në të njëjtin rend.

Cila është sjellja e HSE kur ferroelektrikët janë në sferën e jashtme, u përshkrua më sipër.

Antiferroelektrikë - asimilimi i të paktën dy nën-grilave të vendosura brenda njëra-tjetrës. Në secilin, drejtimi i faktorëve të dipolit është paralel. Dhe indeksi i tyre i përbashkët i dipolit është 0.

Në spektrat e dobët, antiferroelektrikët dallohen nga një lloj polarizimi linear. Por ndërsa forca e fushës rritet, ata mund të fitojnë kushte ferroelektrike. Parametrat e fushës zhvillohen nga 0 në E_1. Polarizimi rritet në mënyrë lineare. Në lëvizjen e kundërt, ajo tashmë po largohet nga fusha - është marrë një lak.

Kur forca e diapazonit E_{2 formohet,} ferroelektriku konvertohet në antipodin e tij.

Kur ndryshoni vektorin e fushës E, situata është identike. Kjo do të thotë se kurba është simetrike.

Antiferroelektrik, që tejkalon shenjën Curie, fiton kushte paraelektrike.

Me afrimin më të ulët në këtë pikë, përshkueshmëria arrin një maksimum të caktuar. Mbi të, ai ndryshon sipas formulës Curie-Weiss. Megjithatë, parametri absolut i përshkueshmërisë në pikën e treguar është inferior ndaj atij të ferroelektrikës.

Në shumë raste, antiferroelektrikët kanëstruktura kristalore e ngjashme me antipodet e tyre. Në situata të rralla dhe me përbërje identike, por në temperatura të ndryshme, shfaqen faza të të dy piroelektrikëve.

Antiferroelektrikët më të famshëm janë NaNbO_3, NH₄H₂P0 4 _{etj. Numri i tyre është inferior ndaj numrit të ferroelektrikëve të zakonshëm.}