Ferroelektriklar o'z-o'zidan elektr qutblanishi (SEP) bo'lgan elementlardir. Uning teskari o'zgarishining tashabbuskorlari tegishli parametrlar va yo'nalish vektorlari bilan E elektr diapazonining ilovalari bo'lishi mumkin. Bu jarayon repolyarizatsiya deb ataladi. Bu, albatta, histerezis bilan birga keladi.
Umumiy xususiyatlar
Ferroelektriklar quyidagilarga ega komponentlardir:
- Buyuk o'tkazuvchanlik.
- Kuchli piezo modul.
- Loop.
Ferroelektriklardan foydalanish sanoatning koʻpgina tarmoqlarida amalga oshiriladi. Mana bir nechta misollar:
- Radiotexnika.
- Kvant elektronikasi.
- Oʻlchash texnologiyasi.
- Elektr akustika.
Ferroelektriklar metall bo'lmagan qattiq jismlardir. Ularning holati monokristal bo'lganda o'rganish samaraliroq bo'ladi.
Yorqin xususiyatlar
Bu elementlardan faqat uchtasi bor:
- Qaytariladigan polarizatsiya.
- Nochiziqlilik.
- Anomal xususiyatlar.
Koʻpgina ferroelektriklar ular ichida boʻlganda ferroelektrik boʻlishni toʻxtatadi.harorat o'tish shartlari. Bunday parametrlar TK deb ataladi. Moddalar g'ayritabiiy harakat qiladi. Ularning dielektrik doimiyligi tez rivojlanadi va qattiq darajaga etadi.
Tasnifi
U juda murakkab. Odatda uning asosiy jihatlari elementlarning dizayni va fazalarning o'zgarishi paytida u bilan aloqada bo'lgan SEPni shakllantirish texnologiyasidir. Bu erda ikki turga bo'linish mavjud:
- Ofsetga ega. Ularning ionlari faza harakati davomida siljiydi.
- Buyurtma tartibsizlik. Xuddi shunday sharoitlarda ularda dastlabki fazaning dipollari tartiblangan.
Bu turlarning kichik turlari ham bor. Masalan, tarafkash komponentlar ikki toifaga bo'linadi: perovskitlar va psevdo-ilmenitlar.
Ikkinchi tur uchta sinfga bo'lingan:
- Kaliy dihidrogen fosfatlar (KDR) va ishqoriy metallar (masalan, KH2AsO4 va KH2 PO4 ).
- Triglitsin sulfatlar (THS): (NH2CH2COOH3)× H 2SO4.
- Suyuq kristall komponentlar
Perovskites
Bu elementlar ikkita formatda mavjud:
- Monokristalli.
- Seramika.
Ular kislorod oktaedrini oʻz ichiga oladi, unda valentligi 4-5 boʻlgan Ti ioni mavjud.
Paraelektrik bosqich sodir bo'lganda, kristallar kubik tuzilishga ega bo'ladi. Ba va Cd kabi ionlar tepada to'plangan. Va ularning kislorodli hamkasblari yuzlarning o'rtasida joylashgan. U shunday shakllanadioktaedr.
Bu yerda titanium ionlari oʻzgarganda SEP amalga oshiriladi. Bunday ferroelektriklar o'xshash tuzilishga ega bo'lgan qattiq aralashmalarni yaratishi mumkin. Masalan, PbTiO3-PbZrO3 . Natijada varikondalar, piezo aktuatorlar, posistorlar va boshqalar kabi qurilmalar uchun mos xususiyatlarga ega keramika olinadi.
Pseudo-ilmenitlar
Ular rombedral konfiguratsiyada farqlanadi. Ularning yorqin o'ziga xosligi yuqori Kyuri harorati ko'rsatkichlari.
Ular ham kristallardir. Qoida tariqasida, ular yuqori katta to'lqinlardagi akustik mexanizmlarda qo'llaniladi. Quyidagi qurilmalar mavjudligi bilan ajralib turadi:
- rezonatorlar;
- chiziqli filtrlar;
- yuqori chastotali akusto-optik modulyatorlar;
- piro qabul qiluvchilar.
Ular elektron va optik chiziqli boʻlmagan qurilmalarga ham kiritilgan.
KDR va TGS
Birinchi belgilangan sinfdagi ferroelektriklar vodorod kontaktlarida protonlarni joylashtiradigan tuzilishga ega. SEP barcha protonlar tartibda bo'lganda sodir bo'ladi.
Ushbu toifadagi elementlar chiziqli boʻlmagan optik qurilmalarda va elektr optikalarida qoʻllaniladi.
Ikkinchi toifadagi ferroelektriklarda protonlar xuddi shunday tartiblangan, faqat glitsin molekulalari yonida dipollar hosil boʻladi.
Ushbu guruh komponentlari cheklangan darajada qoʻllaniladi. Odatda ularda piro qabul qiluvchilar mavjud.
Suyuq kristalli koʻrinishlar
Ular tartibda joylashtirilgan qutbli molekulalarning mavjudligi bilan tavsiflanadi. Bu erda ferroelektriklarning asosiy xususiyatlari aniq namoyon bo'ladi.
Ularning optik sifatlariga harorat va tashqi elektr spektr vektori ta'sir qiladi.
Ushbu omillarga asoslanib, ushbu turdagi ferroelektriklardan foydalanish optik sensorlar, monitorlar, bannerlar va boshqalarda amalga oshiriladi.
Ikki sinf orasidagi farqlar
Ferroelektriklar ionlari yoki dipollari boʻlgan hosilalardir. Ularning xususiyatlarida sezilarli farqlar mavjud. Shunday qilib, birinchi komponentlar suvda umuman erimaydi, lekin ular kuchli mexanik kuchga ega. Keramika tizimi ishlatilsa, ular polikristal formatda osonlik bilan shakllanadi.
Oxirgisi suvda oson eriydi va ahamiyatsiz kuchga ega. Ular suvli kompozitsiyalardan qattiq parametrlarning monokristallarini hosil qilish imkonini beradi.
Domenlar
Ferroelektriklarning aksariyat xarakteristikalari domenlarga bog'liq. Shunday qilib, kommutatsiya oqimi parametri ularning xatti-harakatlari bilan chambarchas bog'liq. Ular monokristallarda ham, keramikada ham uchraydi.
Ferroelektrlarning domen strukturasi makroskopik o'lchovlar sektoridir. Unda o'zboshimchalik bilan qutblanish vektori hech qanday nomuvofiqlikka ega emas. Qo‘shni sektorlardagi o‘xshash vektordan faqat farqlar mavjud.
Domenlar bitta kristallning ichki maydonida harakatlana oladigan devorlarni ajratib turadi. Bunday holda, ba'zi domenlarda o'sish va boshqa domenlarda pasayish kuzatiladi. Repolyarizatsiya sodir bo'lganda, sektorlar devorlarning siljishi yoki shunga o'xshash jarayonlar tufayli rivojlanadi.
Ferroelektriklarning elektr xossalari,monokristallar kristall panjara simmetriyasi asosida hosil bo'ladi.
Eng foydali energiya strukturasi undagi domen chegaralari elektr neytralligi bilan tavsiflanadi. Shunday qilib, qutblanish vektori ma'lum bir domenning chegarasiga proyeksiya qilinadi va uning uzunligiga teng. Shu bilan birga, u eng yaqin domen tomondan bir xil vektorga qarama-qarshidir.
Binobarin, domenlarning elektr parametrlari bosh-quyruq sxemasi asosida shakllanadi. Domenlarning chiziqli qiymatlari aniqlanadi. Ular 10-4-10-1 oraliqda. qarang
Polarizatsiya
Tashqi elektr maydon taʼsirida domenlarning elektr taʼsir vektori oʻzgaradi. Shunday qilib, ferroelektriklarning kuchli polarizatsiyasi paydo bo'ladi. Natijada, dielektrik doimiy katta qiymatlarga etadi.
Domenlarning qutblanishi ularning chegaralarining siljishi tufayli kelib chiqishi va rivojlanishi bilan izohlanadi.
Ferroelektrlarning ko'rsatilgan tuzilishi ularning induksiyasining tashqi maydon kuchlanish darajasiga bilvosita bog'liqligini keltirib chiqaradi. U zaif bo'lsa, tarmoqlar o'rtasidagi munosabatlar chiziqli bo'ladi. Domen chegaralari teskari printsipga ko'ra o'zgartiriladigan bo'lim paydo bo'ladi.
Kuchli maydonlar zonasida bunday jarayonni qaytarib bo'lmaydi. Shu bilan birga, SEP vektori maydon vektori bilan minimal burchak hosil qiladigan sektorlar o'sadi. Va ma'lum bir keskinlikda, barcha domenlar maydon bo'ylab to'g'ri joylashadi. Texnik toʻyinganlik shakllanmoqda.
Bunday sharoitlarda kuchlanish nolga tushirilganda induksiyaning xuddi shunday teskarisi boʻlmaydi. Uqoldiq Dr ni oladi. Agar unga qarama-qarshi zaryadli maydon ta'sir qilsa, u tez kamayadi va vektorini o'zgartiradi.
Keyinchalik keskinlikning rivojlanishi yana texnik to'yinganlikka olib keladi. Shunday qilib, ferroelektrikning turli spektrlarda qutblanishning o'zgarishiga bog'liqligi belgilanadi. Bu jarayonga parallel ravishda histerezis yuzaga keladi.
Er diapazonining intensivligi, bunda induksiya nol qiymatdan keyin keladi, bu majburiy kuchdir.
Histerezis jarayoni
U bilan domen chegaralari maydon ta'sirida qaytarib bo'lmaydigan tarzda siljiydi. Bu domenlarni tartibga solish uchun energiya xarajatlari tufayli dielektrik yo'qotishlar mavjudligini anglatadi.
Bu yerda histerezis halqasi hosil boʻladi.
Uning maydoni bir siklda ferroelektrikda sarflangan energiyaga mos keladi. Yo'qotishlar tufayli unda 0, 1 burchak tangensi hosil bo'ladi.
Histerezis halqalari turli amplituda qiymatlarida yaratilgan. Ularning cho‘qqilari birgalikda asosiy qutblanish egri chizig‘ini hosil qiladi.
Oʻlchash operatsiyalari
Deyarli barcha sinflardagi ferroelektriklarning dielektrik oʻtkazuvchanligi qattiq qiymatlarda hatto TK dan uzoq boʻlgan qiymatlarda ham farqlanadi.
Uning o'lchami quyidagicha: kristallga ikkita elektrod qo'llaniladi. Uning sig‘imi o‘zgaruvchan diapazonda aniqlanadi.
Yuqoridako'rsatkichlar TK o'tkazuvchanlik ma'lum bir termal bog'liqlikka ega. Buni Kyuri-Vays qonuni asosida hisoblash mumkin. Bu yerda quyidagi formula ishlaydi:
e=4pC / (T-Tc).
Unda C - Kyuri doimiysi. Oʻtish qiymatlari ostida, u tez tushadi.
Formuladagi "e" harfi chiziqli bo'lmaganlikni bildiradi, bu erda o'zgaruvchan kuchlanish bilan juda tor spektrda mavjud. U va histerezis tufayli ferroelektrning o'tkazuvchanligi va hajmi ish rejimiga bog'liq.
O'tkazuvchanlik turlari
Chiziqli bo'lmagan komponentning turli ish sharoitlarida material uning sifatlarini o'zgartiradi. Ularni tavsiflash uchun o'tkazuvchanlikning quyidagi turlari qo'llaniladi:
- Statistik (est). Uni hisoblash uchun asosiy qutblanish egri chizig’idan foydalaniladi: est =D / (e0E)=1 + P / (e 0E) » P / (e0E).
- Teskari (ep). Barqaror maydonning parallel ta'siri ostida o'zgaruvchan diapazonda ferroelektrikning polarizatsiyasining o'zgarishini bildiradi.
- Effektiv (eef). Chiziqli bo'lmagan komponent bilan birgalikda ketadigan haqiqiy oqim I (sinusoidal bo'lmagan turni nazarda tutadi) dan hisoblangan. Bunday holda, faol kuchlanish U va burchak chastotasi w mavjud. Formula ishlaydi: eef ~ Cef =I / (wU).
- Boshlang'ich. U juda zaif spektrlarda aniqlanadi.
Ikki asosiy turdagi piroelektrik
Bular ferroelektriklar va antiferroelektriklar. UlardaBOT sektorlari mavjud - domenlar.
Birinchi shaklda bitta domen oʻz atrofida depolarizatsiya qiluvchi sfera hosil qiladi.
Koʻp domenlar yaratilsa, u kamayadi. Depolyarizatsiya energiyasi ham kamayadi, lekin sektor devorlarining energiyasi ortadi. Bu ko‘rsatkichlar bir xil tartibda bo‘lganda jarayon tugallanadi.
Ferroelektriklar tashqi sferada boʻlganda HSE qanday ishlashi yuqorida tavsiflangan edi.
Antiferroelektriklar - bir-birining ichiga joylashtirilgan kamida ikkita pastki panjaralarni assimilyatsiya qilish. Har birida dipol omillarning yo'nalishi parallel. Va ularning umumiy dipol indeksi 0.
Kuchsiz spektrlarda antiferroelektriklar polarizatsiyaning chiziqli turi bilan ajralib turadi. Ammo maydon kuchi ortishi bilan ular ferroelektrik sharoitlarga ega bo'lishlari mumkin. Maydon parametrlari 0 dan E1 gacha rivojlanadi. Polarizatsiya chiziqli ravishda o'sadi. Teskari harakatda u allaqachon maydondan uzoqlashmoqda - halqa olinadi.
E2 diapazonining kuchi hosil boʻlganda, ferroelektr uning antipodiga aylanadi.
E maydon vektorini o'zgartirganda, vaziyat bir xil bo'ladi. Bu egri chiziq simmetrik ekanligini bildiradi.
Kyuri belgisidan oshib ketgan antiferroelektrik paraelektrik sharoitga ega boʻladi.
Bu nuqtaga pastroq yondashuv bilan o'tkazuvchanlik ma'lum bir maksimal darajaga etadi. Yuqorida, u Kyuri-Vays formulasiga ko'ra o'zgaradi. Biroq, ko'rsatilgan nuqtadagi mutlaq o'tkazuvchanlik parametri ferroelektriklardan past.
Ko'p hollarda antiferroelektriklar mavjudularning antipodlariga o'xshash kristall tuzilish. Kamdan-kam hollarda va bir xil birikmalar bilan, lekin har xil haroratlarda ikkala piroelektrikning fazalari paydo bo'ladi.
Eng mashhur antiferroelektriklar NaNbO3, NH4H2P0 4 v.k. Ularning soni oddiy ferroelektriklar sonidan kam.
