Τα σιδηροηλεκτρικά είναι Έννοια, ορισμός, ιδιότητες και εφαρμογή

2024 Συγγραφέας: Angel Austin | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-17 05:22

Τα σιδηροηλεκτρικά είναι στοιχεία με αυθόρμητη ηλεκτρική πόλωση (SEP). Οι εκκινητές της αναστροφής του μπορούν να είναι εφαρμογές της ηλεκτρικής περιοχής Ε με κατάλληλες παραμέτρους και διανύσματα κατεύθυνσης. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται επαναπόλωση. Συνοδεύεται αναγκαστικά από υστέρηση.

Κοινά χαρακτηριστικά

Τα σιδηροηλεκτρικά είναι συστατικά που έχουν:

Κολοσσιαία επιτρεπτότητα.
Ισχυρή πιεζοηλεκτρική μονάδα.
Loop.

Η χρήση σιδηροηλεκτρικών πραγματοποιείται σε πολλές βιομηχανίες. Ακολουθούν μερικά παραδείγματα:

Ραδιομηχανική.
Κβαντικά ηλεκτρονικά.
Τεχνολογία μέτρησης.
Ηλεκτρική ακουστική.

Τα σιδηροηλεκτρικά είναι στερεά που δεν είναι μέταλλα. Η μελέτη τους είναι πιο αποτελεσματική όταν η κατάστασή τους είναι μονοκρύσταλλος.

Bright specifics

Υπάρχουν μόνο τρία από αυτά τα στοιχεία:

Αναστρέψιμη πόλωση.
Μη γραμμικότητα.
Ανώμαλα χαρακτηριστικά.

Πολλά σιδηροηλεκτρικά παύουν να είναι σιδηροηλεκτρικά όταν βρίσκονται σεσυνθήκες μετάβασης θερμοκρασίας. Τέτοιες παράμετροι ονομάζονται T_K. Οι ουσίες συμπεριφέρονται ασυνήθιστα. Η διηλεκτρική τους σταθερά αναπτύσσεται γρήγορα και φτάνει σε στερεά επίπεδα.

Ταξινόμηση

Είναι αρκετά σύνθετη. Συνήθως βασικές πτυχές του είναι ο σχεδιασμός των στοιχείων και η τεχνολογία σχηματισμού του ΣΕΠ σε επαφή μαζί του κατά την αλλαγή των φάσεων. Εδώ υπάρχει μια διαίρεση σε δύο τύπους:

Έχοντας μια μετατόπιση. Τα ιόντα τους μετατοπίζονται κατά την κίνηση φάσης.
Η τάξη είναι χάος. Κάτω από παρόμοιες συνθήκες, τα δίπολα της αρχικής φάσης ταξινομούνται σε αυτά.

Αυτά τα είδη έχουν επίσης υποείδη. Για παράδειγμα, τα προκατειλημμένα συστατικά εμπίπτουν σε δύο κατηγορίες: περοβσκίτες και ψευδοϊλμενίτες.

Ο δεύτερος τύπος χωρίζεται σε τρεις κατηγορίες:

Δισόξινο φωσφορικό κάλιο (KDR) και μέταλλα αλκαλίων (π.χ. KH₂AsO₄ και KH_{2 PO}4 _).
Θιικές τριγλυκίνες (THS): (NH₂CH₂COOH₃)× H ₂SO_4.
Συστατικά υγρών κρυστάλλων

Perovskites

Αυτά τα στοιχεία υπάρχουν σε δύο μορφές:

Monocrystalline.
Ceramic.

Περιέχουν ένα οκτάεδρο οξυγόνου, το οποίο περιέχει ένα ιόν Ti με σθένος 4-5.

Όταν εμφανίζεται το παραηλεκτρικό στάδιο, οι κρύσταλλοι αποκτούν κυβική δομή. Ιόντα όπως το Ba και το Cd συγκεντρώνονται στην κορυφή. Και τα αντίστοιχα οξυγόνου τους είναι τοποθετημένα στη μέση των προσώπων. Έτσι σχηματίζεταιοκτάεδρο.

Όταν τα ιόντα τιτανίου αλλάζουν εδώ, εκτελείται SEP. Τέτοια σιδηροηλεκτρικά μπορούν να δημιουργήσουν στερεά μείγματα με σχηματισμούς παρόμοιας δομής. Για παράδειγμα, PbTiO₃-PbZrO₃ . Αυτό έχει ως αποτέλεσμα κεραμικά με κατάλληλα χαρακτηριστικά για συσκευές όπως varicondas, πιεζοηλεκτρικοί ενεργοποιητές, posistors, κ.λπ.

Ψευδοϊλμενίτες

Διαφέρουν ως προς τη ρομβοεδρική διαμόρφωση. Η φωτεινή τους ιδιαιτερότητα είναι οι υψηλοί δείκτες θερμοκρασίας Curie.

Είναι επίσης κρύσταλλα. Κατά κανόνα, χρησιμοποιούνται σε ακουστικούς μηχανισμούς στα ανώτερα μεγάλα κύματα. Οι ακόλουθες συσκευές χαρακτηρίζονται από την παρουσία τους:

- αντηχεία;

- φίλτρα με ρίγες;

- ακουστικο-οπτικοί διαμορφωτές υψηλής συχνότητας;

- δέκτες pyro.

Εισάγονται επίσης σε ηλεκτρονικές και οπτικές μη γραμμικές συσκευές.

KDR και TGS

Τα σιδηροηλεκτρικά της πρώτης καθορισμένης κατηγορίας έχουν μια δομή που διατάσσει τα πρωτόνια σε επαφές υδρογόνου. Το SEP εμφανίζεται όταν όλα τα πρωτόνια είναι σε σειρά.

Τα στοιχεία αυτής της κατηγορίας χρησιμοποιούνται σε μη γραμμικές οπτικές συσκευές και στην ηλεκτρική οπτική.

Στα σιδηροηλεκτρικά της δεύτερης κατηγορίας, τα πρωτόνια ταξινομούνται παρόμοια, μόνο δίπολα σχηματίζονται κοντά στα μόρια γλυκίνης.

Τα συστατικά αυτής της ομάδας χρησιμοποιούνται σε περιορισμένο βαθμό. Συνήθως περιέχουν πυροδέκτες.

Όψεις υγρών κρυστάλλων

Χαρακτηρίζονται από την παρουσία πολικών μορίων διατεταγμένων με τη σειρά. Εδώ, οι κύριες ιδιαιτερότητες των σιδηροηλεκτρικών είναι ξεκάθαρα.

Οι οπτικές τους ιδιότητες επηρεάζονται από τη θερμοκρασία και το διάνυσμα του εξωτερικού ηλεκτρικού φάσματος.

Με βάση αυτούς τους παράγοντες, η χρήση σιδηροηλεκτρικών αυτού του τύπου εφαρμόζεται σε οπτικούς αισθητήρες, οθόνες, πανό κ.λπ.

Διαφορές μεταξύ των δύο τάξεων

Τα σιδηροηλεκτρικά είναι σχηματισμοί με ιόντα ή δίπολα. Έχουν σημαντικές διαφορές στις ιδιότητες τους. Έτσι, τα πρώτα συστατικά δεν διαλύονται καθόλου στο νερό, αλλά έχουν ισχυρή μηχανική αντοχή. Σχηματίζονται εύκολα σε πολυκρυσταλλική μορφή με την προϋπόθεση ότι λειτουργεί το κεραμικό σύστημα.

Τα τελευταία διαλύονται εύκολα στο νερό και έχουν αμελητέα αντοχή. Επιτρέπουν τον σχηματισμό μονοκρυστάλλων στερεών παραμέτρων από υδατικές συνθέσεις.

Domains

Τα περισσότερα χαρακτηριστικά των σιδηροηλεκτρικών εξαρτώνται από τομείς. Έτσι, η παράμετρος του ρεύματος μεταγωγής σχετίζεται στενά με τη συμπεριφορά τους. Βρίσκονται τόσο σε μονοκρυστάλλους όσο και σε κεραμικά.

Η δομή τομέα των σιδηροηλεκτρικών είναι ένας τομέας μακροσκοπικών διαστάσεων. Σε αυτό, το διάνυσμα της αυθαίρετης πόλωσης δεν έχει αποκλίσεις. Και υπάρχουν μόνο διαφορές από ένα παρόμοιο διάνυσμα σε γειτονικούς τομείς.

Οι τομείς χωρίζουν τοίχους που μπορούν να κινηθούν στον εσωτερικό χώρο ενός μόνο κρυστάλλου. Σε αυτή την περίπτωση, υπάρχει αύξηση σε ορισμένους τομείς και μείωση σε άλλους τομείς. Όταν υπάρχει επαναπόλωση, οι τομείς αναπτύσσονται λόγω μετατόπισης των τοίχων ή παρόμοιων διεργασιών.

Ηλεκτρικές ιδιότητες των σιδηροηλεκτρικών,που είναι μονοκρυστάλλοι, σχηματίζονται με βάση τη συμμετρία του κρυσταλλικού πλέγματος.

Η πιο κερδοφόρα ενεργειακή δομή χαρακτηρίζεται από το γεγονός ότι τα όρια τομέα σε αυτήν είναι ηλεκτρικά ουδέτερα. Έτσι, το διάνυσμα πόλωσης προβάλλεται στο όριο μιας συγκεκριμένης περιοχής και είναι ίσο με το μήκος της. Ταυτόχρονα, είναι αντίθετη σε κατεύθυνση με το ίδιο διάνυσμα από την πλευρά του πλησιέστερου τομέα.

Συνεπώς, οι ηλεκτρικές παράμετροι των τομέων διαμορφώνονται με βάση το σχήμα κεφαλής-ουράς. Καθορίζονται γραμμικές τιμές τομέων. Είναι στην περιοχή 10^-4-10^-1 δείτε

πόλωση

Λόγω του εξωτερικού ηλεκτρικού πεδίου, το διάνυσμα των ηλεκτρικών δράσεων των τομέων αλλάζει. Έτσι, προκύπτει μια ισχυρή πόλωση των σιδηροηλεκτρικών. Ως αποτέλεσμα, η διηλεκτρική σταθερά φτάνει σε τεράστιες τιμές.

Η πόλωση των τομέων εξηγείται από την προέλευση και την ανάπτυξή τους λόγω της μετατόπισης των ορίων τους.

Η υποδεικνυόμενη δομή των σιδηροηλεκτρικών προκαλεί μια έμμεση εξάρτηση της επαγωγής τους από τον βαθμό τάσης του εξωτερικού πεδίου. Όταν είναι αδύναμη, η σχέση μεταξύ των τομέων είναι γραμμική. Εμφανίζεται μια ενότητα όπου τα όρια τομέα μετατοπίζονται σύμφωνα με μια αναστρέψιμη αρχή.

Στη ζώνη των ισχυρών πεδίων, μια τέτοια διαδικασία είναι μη αναστρέψιμη. Ταυτόχρονα, αυξάνονται οι τομείς για τους οποίους το διάνυσμα SEP σχηματίζει την ελάχιστη γωνία με το διάνυσμα πεδίου. Και σε μια συγκεκριμένη ένταση, όλοι οι τομείς ευθυγραμμίζονται ακριβώς κατά μήκος του γηπέδου. Σχηματίζεται τεχνικός κορεσμός.

Υπό τέτοιες συνθήκες, όταν η τάση μειώνεται στο μηδέν, δεν υπάρχει παρόμοια αντιστροφή της επαγωγής. Αυτή είναιπαίρνει το υπόλοιπο D_r. Εάν επηρεάζεται από ένα πεδίο με αντίθετο φορτίο, θα μειωθεί γρήγορα και θα αλλάξει το διάνυσμά του.

Η επακόλουθη ανάπτυξη της έντασης οδηγεί και πάλι σε τεχνικό κορεσμό. Έτσι, υποδηλώνεται η εξάρτηση του σιδηροηλεκτρικού από την αντιστροφή της πόλωσης σε ποικίλα φάσματα. Παράλληλα με αυτή τη διαδικασία, εμφανίζεται υστέρηση.

Η ένταση του εύρους E_r, στην οποία η επαγωγή ακολουθεί τη μηδενική τιμή, είναι η δύναμη καταναγκασμού.

Διαδικασία υστέρησης

Με αυτήν, τα όρια τομέα μετατοπίζονται αμετάκλητα υπό την επίδραση του πεδίου. Σημαίνει την παρουσία διηλεκτρικών απωλειών λόγω ενεργειακού κόστους για τη διάταξη των τομέων.

Ένας βρόχος υστέρησης σχηματίζεται εδώ.

Το εμβαδόν του αντιστοιχεί στην ενέργεια που δαπανάται στο σιδηροηλεκτρικό σε έναν κύκλο. Λόγω απωλειών σχηματίζεται σε αυτήν η εφαπτομένη της γωνίας 0, 1.

Οι βρόχοι υστέρησης δημιουργούνται σε διαφορετικές τιμές πλάτους. Μαζί, οι κορυφές τους σχηματίζουν την κύρια καμπύλη πόλωσης.

Η κύρια καμπύλη πόλωσης ενός σιδηροηλεκτρικού

Λειτουργίες μέτρησης

Η διηλεκτρική σταθερά των σιδηροηλεκτρικών σχεδόν όλων των κατηγοριών διαφέρει σε στερεές τιμές ακόμη και σε τιμές μακριά από το T_K.

Η μέτρησή του είναι η εξής: δύο ηλεκτρόδια εφαρμόζονται στον κρύσταλλο. Η χωρητικότητά του προσδιορίζεται σε μεταβλητό εύρος.

Πάνωδείκτες T_K η διαπερατότητα έχει μια ορισμένη θερμική εξάρτηση. Αυτό μπορεί να υπολογιστεί με βάση το νόμο Curie-Weiss. Ο ακόλουθος τύπος λειτουργεί εδώ:

e=4pC / (T-Tc).

Σε αυτό, το C είναι η σταθερά Κιουρί. Κάτω από τις μεταβατικές τιμές, πέφτει γρήγορα.

Το γράμμα "e" στον τύπο σημαίνει μη γραμμικότητα, η οποία υπάρχει εδώ σε ένα αρκετά στενό φάσμα με τάση μετατόπισης. Εξαιτίας αυτού και της υστέρησης, η διαπερατότητα και ο όγκος του σιδηροηλεκτρικού εξαρτώνται από τον τρόπο λειτουργίας.

Τύποι διαπερατότητας

Υλικό υπό διαφορετικές συνθήκες λειτουργίας ενός μη γραμμικού στοιχείου αλλάζει τις ιδιότητές του. Για τον χαρακτηρισμό τους χρησιμοποιούνται οι ακόλουθοι τύποι διαπερατότητας:

Στατιστικό (e_st). Για τον υπολογισμό της, χρησιμοποιείται η κύρια καμπύλη πόλωσης: e_st =D / (e₀E)=1 + P / (e 0_{E) » P / (e}0_E).
Αντίστροφη (e_p). Δηλώνει μια αλλαγή στην πόλωση του σιδηροηλεκτρικού στη μεταβλητή περιοχή υπό την παράλληλη επίδραση ενός σταθερού πεδίου.
Αποτελεσματικό (e_ef). Υπολογίζεται από το πραγματικό ρεύμα I (υποδηλώνει μη ημιτονοειδή τύπο) σε συνδυασμό με τη μη γραμμική συνιστώσα. Σε αυτή την περίπτωση, υπάρχει μια ενεργή τάση U και μια γωνιακή συχνότητα w. Ο τύπος λειτουργεί: e_ef ~ C_ef =I / (wU).
Αρχικό. Προσδιορίζεται σε εξαιρετικά ασθενή φάσματα.

Δύο κύριοι τύποι πυροηλεκτρικών

Αυτά είναι σιδηροηλεκτρικά και αντισιδηροηλεκτρικά. Εχουνυπάρχουν τομείς BOT - τομείς.

Στην πρώτη μορφή, ένας τομέας σχηματίζει μια αποπολωτική σφαίρα γύρω από τον εαυτό του.

Όταν δημιουργούνται πολλοί τομείς, μειώνεται. Η ενέργεια της εκπόλωσης μειώνεται επίσης, αλλά η ενέργεια των τομεακών τοίχων αυξάνεται. Η διαδικασία ολοκληρώνεται όταν αυτοί οι δείκτες έχουν την ίδια σειρά.

Ποια είναι η συμπεριφορά του HSE όταν τα σιδηροηλεκτρικά βρίσκονται στην εξωτερική σφαίρα, περιγράφηκε παραπάνω.

Αντισιδηροηλεκτρικά - αφομοίωση τουλάχιστον δύο υποδικτυωμάτων τοποθετημένων το ένα μέσα στο άλλο. Σε καθένα από αυτά, η κατεύθυνση των παραγόντων του διπόλου είναι παράλληλη. Και ο κοινός δείκτης διπόλου τους είναι 0.

Σε ασθενή φάσματα, τα αντισιδηροηλεκτρικά διακρίνονται από έναν γραμμικό τύπο πόλωσης. Αλλά καθώς αυξάνεται η ένταση του πεδίου, μπορούν να αποκτήσουν σιδηροηλεκτρικές συνθήκες. Οι παράμετροι πεδίου αναπτύσσονται από 0 έως E_1. Η πόλωση αυξάνεται γραμμικά. Στην αντίστροφη κίνηση, απομακρύνεται ήδη από το γήπεδο - προκύπτει ένας βρόχος.

Όταν σχηματιστεί η ισχύς της περιοχής E_{2, το} σιδηροηλεκτρικό μετατρέπεται στον αντίποδα του.

Όταν αλλάζετε το διάνυσμα πεδίου Ε, η κατάσταση είναι ίδια. Αυτό σημαίνει ότι η καμπύλη είναι συμμετρική.

Αντισιδηροηλεκτρικό, που υπερβαίνει το σήμα Curie, αποκτά παραηλεκτρικές συνθήκες.

Με τη χαμηλότερη προσέγγιση σε αυτό το σημείο, η διαπερατότητα φτάνει ένα ορισμένο μέγιστο. Πάνω από αυτό, ποικίλλει σύμφωνα με τον τύπο Curie-Weiss. Ωστόσο, η παράμετρος απόλυτης διαπερατότητας στο υποδεικνυόμενο σημείο είναι κατώτερη από αυτή των σιδηροηλεκτρικών.

Σε πολλές περιπτώσεις, τα αντισιδηροηλεκτρικά έχουνκρυσταλλική δομή παρόμοια με τους αντίποδές τους. Σε σπάνιες περιπτώσεις και με πανομοιότυπες ενώσεις, αλλά σε διαφορετικές θερμοκρασίες, εμφανίζονται φάσεις και των δύο πυροηλεκτρικών.

Τα πιο διάσημα αντισιδηροηλεκτρικά είναι τα NaNbO_3, NH₄H₂P0 4 _{κλπ. Ο αριθμός τους είναι κατώτερος από τον αριθμό των κοινών σιδηροηλεκτρικών.}