Ferroelektrika jsou Pojem, definice, vlastnosti a aplikace

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-17 05:20

Ferroelektrika jsou prvky se spontánní elektrickou polarizací (SEP). Iniciátorem jeho obrácení mohou být aplikace elektrického rozsahu E s příslušnými parametry a směrovými vektory. Tento proces se nazývá repolarizace. Nezbytně je doprovázena hysterezí.

Společné funkce

Ferroelektrika jsou součásti, které mají:

Kolosální permitivita.
Výkonný piezo modul.
Smyčka.

Feroelektrika se používá v mnoha průmyslových odvětvích. Zde je několik příkladů:

Radiotechnika.
Kvantová elektronika.
Technologie měření.
Elektrická akustika.

Ferroelektrika jsou pevné látky, které nejsou kovy. Jejich studium je nejúčinnější, když je jejich stav monokrystal.

Světlá specifika

Jsou pouze tři z těchto prvků:

Reverzibilní polarizace.
Nelinearita.
Anomální vlastnosti.

Mnoho feroelektrik přestává být feroelektrickými, když jsou uvnitřpodmínky teplotního přechodu. Takové parametry se nazývají T_K. Látky se chovají abnormálně. Jejich dielektrická konstanta se rychle vyvíjí a dosahuje pevných úrovní.

Klasifikace

Je docela složitá. Obvykle jsou jeho klíčovými aspekty design prvků a technologie tvorby ŠVP v kontaktu s ním při změně fází. Zde je rozdělení na dva typy:

S offsetem. Jejich ionty se během fázového pohybu posouvají.
Pořadí je chaos. Za podobných podmínek jsou v nich uspořádány dipóly počáteční fáze.

Tyto druhy mají také poddruhy. Například předpojaté složky spadají do dvou kategorií: perovskity a pseudoilmenity.

Druhý typ má rozdělení do tří tříd:

Dihydrogenfosforečnany draselné (KDR) a alkalické kovy (např. KH₂AsO₄ a KH_{2 PO}4 _).
Triglycinsulfáty (THS): (NH₂CH₂COOH₃)× H ₂SO_4.
Komponenty z tekutých krystalů

Perovskites

Tyto prvky existují ve dvou formátech:

Monokrystalické.
Keramické.

Obsahují kyslíkový oktaedr, který obsahuje Ti iont s valencí 4-5.

Když nastane paraelektrická fáze, krystaly získají krychlovou strukturu. Ionty jako Ba a Cd jsou koncentrovány nahoře. A jejich kyslíkové protějšky jsou umístěny uprostřed tváří. Takto se tvoříosmistěn.

Když se zde změní titanové ionty, provede se SEP. Taková feroelektrika mohou vytvářet pevné směsi s útvary podobné struktury. Například PbTiO₃-PbZrO₃ . Výsledkem je keramika s vhodnými vlastnostmi pro zařízení, jako jsou varikondy, piezoelektrické aktuátory, pozistory atd.

Pseudoilmenity

Liší se v romboedrické konfiguraci. Jejich jasnou specifikou jsou vysoké ukazatele Curieovy teploty.

Jsou to také krystaly. Zpravidla se používají v akustických mechanismech na horních velkých vlnách. Následující zařízení se vyznačují svou přítomností:

- rezonátory;

- filtry s pruhy;

- vysokofrekvenční akusticko-optické modulátory;

- pyro přijímače.

Zavádějí se také do elektronických a optických nelineárních zařízení.

KDR a TGS

Ferroelektrika první určené třídy mají strukturu, která uspořádává protony ve vodíkových kontaktech. SEP nastane, když jsou všechny protony v pořádku.

Prvky této kategorie se používají v nelineárních optických zařízeních a v elektrické optice.

Ve feroelektrikách druhé kategorie jsou protony uspořádány podobně, pouze dipóly se tvoří v blízkosti molekul glycinu.

Součásti této skupiny se používají v omezené míře. Obvykle obsahují pyro přijímače.

Pohledy z tekutých krystalů

Vyznačují se přítomností polárních molekul uspořádaných v pořadí. Zde se jasně projevují hlavní specifika feroelektriky.

Jejich optické vlastnosti jsou ovlivněny teplotou a vektorem vnějšího elektrického spektra.

Na základě těchto faktorů je použití feroelektrik tohoto typu implementováno v optických senzorech, monitorech, bannerech atd.

Rozdíly mezi těmito dvěma třídami

Ferroelektrika jsou útvary s ionty nebo dipóly. Mají výrazné rozdíly ve svých vlastnostech. První složky se tedy ve vodě vůbec nerozpouštějí, ale mají silnou mechanickou pevnost. Jsou snadno tvarovatelné v polykrystalickém formátu za předpokladu, že je provozován keramický systém.

Ty druhé se snadno rozpouštějí ve vodě a mají zanedbatelnou pevnost. Umožňují tvorbu monokrystalů pevných parametrů z vodných kompozic.

Domény

Většina charakteristik feroelektrik závisí na doménách. Parametr spínacího proudu tedy úzce souvisí s jejich chováním. Nacházejí se jak v monokrystalech, tak v keramice.

Doménová struktura feroelektriky je sektor makroskopických rozměrů. V něm vektor libovolné polarizace nemá žádné nesrovnalosti. A od podobného vektoru existují pouze rozdíly v sousedních sektorech.

Domény oddělují stěny, které se mohou pohybovat ve vnitřním prostoru monokrystalu. V tomto případě dochází k nárůstu některých a úbytku jiných domén. Když dojde k repolarizaci, sektory se vyvinou v důsledku posunutí stěn nebo podobných procesů.

Elektrické vlastnosti feroelektrik,které jsou monokrystaly, vznikají na základě symetrie krystalové mřížky.

Nejvýnosnější energetická struktura se vyznačuje tím, že hranice domén v ní jsou elektricky neutrální. Polarizační vektor se tedy promítá na hranici konkrétní domény a je roven její délce. Zároveň je opačný k identickému vektoru ze strany nejbližší domény.

V důsledku toho jsou elektrické parametry domén tvořeny na základě schématu hlava-ocas. Jsou určeny lineární hodnoty domén. Jsou v rozsahu 10^-4-10^-1 viz

Polarizace

Vlivem vnějšího elektrického pole se mění vektor elektrického působení domén. Vzniká tak silná polarizace feroelektrik. Výsledkem je, že dielektrická konstanta dosahuje obrovských hodnot.

Polarizace domén se vysvětluje jejich původem a vývojem v důsledku posunu jejich hranic.

Naznačená struktura feroelektrik způsobuje nepřímou závislost jejich indukce na stupni napětí vnějšího pole. Když je slabý, je vztah mezi sektory lineární. Zobrazí se sekce, kde jsou limity domény posunuty podle reverzibilního principu.

V zóně mocných polí je takový proces nevratný. Zároveň rostou sektory, pro které vektor SEP svírá minimální úhel s vektorem pole. A při určitém napětí se všechny domény seřadí přesně podél pole. Technická saturace se tvoří.

Za takových podmínek, kdy je napětí sníženo na nulu, nedochází k podobnému obrácení indukce. Jedostane zbytkový D_r. Pokud je ovlivněno polem s opačným nábojem, rychle se sníží a změní svůj vektor.

Následný vývoj napětí opět vede k technickému nasycení. Je tedy označena závislost feroelektrika na přepólování v různých spektrech. Paralelně s tímto procesem dochází k hysterezi.

Intenzita rozsahu E_r, , ve kterém indukce následuje přes nulovou hodnotu, je donucovací síla.

Proces hystereze

S tím se pod vlivem pole nevratně posouvají hranice domény. Znamená to přítomnost dielektrických ztrát v důsledku energetických nákladů na uspořádání domén.

Vytváří se zde hysterezní smyčka.

Jeho plocha odpovídá energii vynaložené ve feroelektriku za jeden cyklus. Vlivem ztrát v něm vzniká tangens úhlu 0, 1.

Hysterezní smyčky se vytvářejí při různých hodnotách amplitudy. Jejich vrcholy společně tvoří hlavní polarizační křivku.

Měřicí operace

Dielektrická konstanta feroelektrik téměř všech tříd se v pevných hodnotách liší i v hodnotách daleko od T_K.

Jeho měření je následující: na krystal jsou přiloženy dvě elektrody. Jeho kapacita je určena v různém rozsahu.

Výšeindikátory T_K propustnost má určitou tepelnou závislost. To lze vypočítat na základě Curie-Weissova zákona. Zde funguje následující vzorec:

e=4pC / (T-Tc).

V něm je C Curieova konstanta. Pod přechodnými hodnotami rychle klesá.

Písmeno "e" ve vzorci znamená nelinearitu, která je zde přítomna v poměrně úzkém spektru s posouvajícím se napětím. Kvůli ní a hysterezi závisí propustnost a objem feroelektrika na provozním režimu.

Typy propustnosti

Materiál za různých provozních podmínek nelineární součásti mění své kvality. K jejich charakterizaci se používají následující typy propustnosti:

Statistické (e_st). K jejímu výpočtu se používá hlavní polarizační křivka: e_st =D / (e₀E)=1 + P / (e 0_{E) » P / (e}0_E).
Obrátit (e_p). Označuje změnu polarizace feroelektrika v proměnném rozsahu pod paralelním vlivem stabilního pole.
Efektivní (e_ef). Vypočteno ze skutečného proudu I (implikuje nesinusový typ) ve spojení s nelineární složkou. V tomto případě existuje aktivní napětí U a úhlová frekvence w. Vzorec funguje: e_ef ~ C_ef =I / (wU).
Počáteční. Je určeno v extrémně slabých spektrech.

Dva hlavní typy pyroelektrik

Jedná se o feroelektrika a antiferoelektrika. Oni majíexistují BOT sektory – domény.

V první formě tvoří jedna doména kolem sebe depolarizační kouli.

Když je vytvořeno mnoho domén, klesá. Snižuje se také energie depolarizace, ale roste energie sektorových stěn. Proces je dokončen, když jsou tyto indikátory ve stejném pořadí.

Jaké je chování HSE, když je feroelektrika ve vnější sféře, bylo popsáno výše.

Antiferroelektrika - asimilace alespoň dvou podmřížků umístěných do sebe. V každém je směr dipólových faktorů rovnoběžný. A jejich společný dipólový index je 0.

Ve slabých spektrech se antiferoelektrika vyznačují lineárním typem polarizace. Ale jak se intenzita pole zvyšuje, mohou získat feroelektrické podmínky. Parametry pole se vyvíjejí od 0 do E_1. Polarizace roste lineárně. Při zpětném pohybu se již vzdaluje od pole - získá se smyčka.

Když se vytvoří síla rozsahu E_2, feroelektrické se přemění na svůj antipod.

Při změně vektoru pole E je situace stejná. To znamená, že křivka je symetrická.

Antiferroelektrické, překračující Curieovu značku, získává paraelektrické podmínky.

Při nižším přiblížení k tomuto bodu dosahuje propustnost určitého maxima. Nad ním se mění podle Curie-Weissova vzorce. Parametr absolutní permeability v uvedeném bodě je však nižší než u feroelektrik.

V mnoha případech mají antiferoelektrikakrystalická struktura podobná jejich antipodům. Ve vzácných situacích a se stejnými sloučeninami, ale při různých teplotách, se objevují fáze obou pyroelektrik.

Nejznámější antiferoelektrika jsou NaNbO_3, NH₄H₂P0 4 _{atd. Jejich počet je nižší než počet běžných feroelektrik.}