Сегнетоэлектриками называют вещества, обладающие спонтанной поляризацией, направление которой может быть изменено с помощью внешнего электрического поля.
Температура перехода в спонтанно поляризованное состояние (точка Кюри) у различных сегнетоэлектриков составляет от нескольких Кельвинов (например, у Pb2Nb2O7 Tk = 15 К) до полутора тысяч Кельвинов (например, у LiNbO3 Tk= 1483 К), а спонтанная поляризованность находится в пределах от 10-5 до 3 Кл/м2).
По типу химической связи в кристаллах и физическим свойствам все сегнетоэлектрики подразделяют на ионные и дипольные.
У соединений первой группы характерным структурным элементом кристаллической решетки является кислородный октаэдр, благодаря чему эти материалы получили название сегнетоэлектриков кислородно-октаэдрического типа. К ионным сегнетоэлектрикам относятся титанат бария (Ва TiO3), титанат свинца (РЬТ iOз), ниобат калия (KNbO3), ниобат лития (LiNbO3), танталат лития (Li ТаОз). йодат калия (К IOз), барий-натриевый ниобат (Ba2NaNb5O15) или сокращенно — БАНАН и др.
У кристаллов сегнетоэлектриков второй группы имеются готовые полярные группы атомов, способные занимать различные положения равновесия. К дипольным сегнетоэлектрикам относятся сегнетова соль (NaKC4H4O6•4H2O), триглицинсульфат (NH2CH2COOH)3•H2SO4, дигидрофосфат калия (КН2Р O4), нитрит натрия NaNO2 и др. Именно в кристаллах сегнетовой соли впервые были обнаружены особенности в поведении диэлектриков, обусловленные спонтанной поляризацией. Отсюда произошло и название всей группы материалов со специфическими свойствами — сегнетоэлектрики.
|
|
|
Ионные и дипольные сегнетоэлектрики существенно различаются по свойствам.
Применение сегнетоэлектриков
В техническом применении сегнетоэлектриков наметилось несколько направлений, важнейшими из которых следует считать:
1) изготовление малогабаритных низкочастотных конденсаторов с большой удельной емкостью;
2) использование нелинейности поляризации для диэлектрических усилителей, модуляторов и других управляемых устройств;
3) использование сегнетоэлементов в счетно-вычислительной технике в качестве ячеек памяти;
4) использование кристаллов сегнето- и антисегнетоэлектриков для модуляции и преобразования лазерного излучения;
5) изготовление пьезо- и пироэлектрических преобразователей
(42)Конденсаторная сегнетокерамика, как и любой диэлектрик, для производства обычных конденсаторов, должна иметь наибольшую величину диэлектрической проницаемости с малой зависимостью от температуры, незначительные потери, наименьшую зависимость ε и tgδ от напряженности электрического поля (малую нелинейность), высокие значения удельного сопротивления и электрической прочности.
Одним из важнейших методов получения оптимальных свойств в заданном температурном интервале является использование твердых растворов. Изменением концентрации компонентов в твердом растворе можно регулировать значения диэлектрической проницаемости, смещать температуру Кюри (рис. 8.6), изменять нелинейность поляризации и т. д. В твердых растворах, по сравнению с простыми веществами, можно получить более сглаженные температурные зависимости ε, что имеет важное значение для производства конденсаторов. В большинстве случаев конденсаторные сегнетокерамические материалы содержат несколько кристаллических фаз. При «размытом» фазовом переходе сравнительно слабо выражены и нелинейные свойства диэлектриков.
|
|
|
В промышленности используют несколько сегнетокерамических материалов, каждый из которых применяют для определенных типов конденсаторов, так как ни один материал не отвечает совокупности всех перечисленных требований.
(43)Материалы для варикондов имеют резко выраженные нелинейные свойства; применяются для изготовления нелинейных конденсаторов.
Одна из основных характеристик варикондов — коэффициент нелинейности К, определяемый как отношение максимального значения диэлектрической проницаемости (рис. 8.8) при некоторой, максимальной для данного материала, напряженности электрического поля к начальному значению диэлектрической проницаемости. Численное значение коэффициента нелинейности для различных марок варикондов может изменяться от 4 до 50. Основной кристаллической фазой в таких материалах являются твердые растворы Ва(Т i , Sn)О3 или Pb(Ti , Zr , Sn)O3.
|
|
|
Вариконды предназначены для управления параметрами электрических цепей за счет изменения их ёмкости при воздействии нескольких напряжений, приложенных одновременно и различающихся по значению и частоте. В простейшем случае им приходится работать при одновременном воздействии переменного (синусоидального) и постоянного электрических полей, причем Е_ » E~.
Нелинейные диэлектрические элементы, обычно в тонкопленочном исполнении, являются основой разнообразных радиотехнических устройств — параметрических усилителей, низкочастотных усилителей мощности, фазовращателей, умножителей частоты, модуляторов, стабилизаторов напряжения, управляемых фильтров и др.
(44)Сегнетоэлектрики с ППГ. Благодаря диэлектрическому гистерезису сегнетоэлектрики можно применять в запоминающих устройствах ЭВМ.
Для этих целей необходим материал с возможно более прямоугольной петлей гистерезиса (ППГ), что характерно например, для монокристаллов триглицинсульфата. В отсутствие внешнего поля сегнетоэлектрик с ППГ имеет два устойчивых состояния, соответствующих различным направлениям остаточной электрической индукции (рис. 8.10). Одно из этих состояний в запоминающей ячейке означает хранение единицы, а другое—хранение нуля
|
|
|
Время переключения ячейки пропорционально толщине кристалла и при толщине в несколько десятых долей миллиметра составляет несколько микросекунд. В сегнетокерамике процесс переполяризации в отдельных зернах происходит независимо, и время прорастания доменов определяется размерами зерен, которые можно уменьшить до нескольких микрометров. В этом случае достигается более высокое быстродействие, чем в монокристаллах, хотя прямоугольность петли гистерезиса ухудшается.
(45)Электрооптические кристаллы. Кристаллы ряда сегнето- и антисегнетоэлектриков обладают ярко выраженным электрооптическим эффектом, под которым понимают изменение показателя преломления среды, вызванное внешним статическим электрическим полем.
Если изменение показателя преломления пропорционально первой степени напряженности, то электрооптический эффект называют линейным (или эффектом Поккельса). Если же наблюдается квадратичная зависимость от напряженности поля, то электрооптический эффект называют квадратичным (или эффектом Керра).
Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 275; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!