Ferroelektriklər spontan elektrik qütbləşməsi (SEP) olan elementlərdir. Onun tərsinə çevrilməsinin təşəbbüskarları müvafiq parametrlər və istiqamət vektorları olan E elektrik diapazonunun tətbiqləri ola bilər. Bu proses repolarizasiya adlanır. O, mütləq histerezis ilə müşayiət olunur.
Ümumi xüsusiyyətlər
Ferroelektriklər aşağıdakılara malik komponentlərdir:
- Böyük keçiricilik.
- Güclü piezo modul.
- Dövrə.
Ferroelektriklərin istifadəsi bir çox sənaye sahələrində həyata keçirilir. Budur bəzi nümunələr:
- Radio mühəndisliyi.
- Kvant elektronikası.
- Ölçmə texnologiyası.
- Elektrik akustika.
Ferroelektriklər metal olmayan bərk cisimlərdir. Onların tədqiqi vəziyyətləri tək kristal olduqda ən təsirli olur.
Parlaq xüsusiyyətlər
Bu elementlərdən yalnız üçü var:
- Reversible polarization.
- Qeyri-xətti.
- Anormal xüsusiyyətlər.
Bir çox ferroelektriklər içəridə olduqda ferroelektrik olmağı dayandırırtemperatur keçid şərtləri. Belə parametrlər TK adlanır. Maddələr qeyri-normal davranır. Onların dielektrik davamlılığı sürətlə inkişaf edir və bərk səviyyələrə çatır.
Təsnifat
O, olduqca mürəkkəbdir. Adətən onun əsas aspektləri elementlərin dizaynı və fazaların dəyişməsi zamanı onunla təmasda olan SEP-in formalaşması texnologiyasıdır. Burada iki növə bölmə var:
- Ofset var. Onların ionları faza hərəkəti zamanı dəyişir.
- Sifariş xaosdur. Oxşar şəraitdə ilkin fazanın dipolları onlarda sıralanır.
Bu növlərin də alt növləri var. Məsələn, qərəzli komponentlər iki kateqoriyaya bölünür: perovskitlər və psevdo-ilmenitlər.
İkinci növ üç sinfə bölünür:
- Kalium dihidrogen fosfatlar (KDR) və qələvi metallar (məsələn, KH2AsO4 və KH2 PO4 ).
- Triqlisin sulfatlar (THS): (NH2CH2COOH3)× H 2SO4.
- Maye kristal komponentləri
Perovskites
Bu elementlər iki formatda mövcuddur:
- Monokristal.
- Keramik.
Onların tərkibində 4-5 valentliyə malik Ti ionu olan oksigen oktaedri var.
Paraelektrik mərhələ baş verdikdə, kristallar kub quruluşu əldə edirlər. Ba və Cd kimi ionlar yuxarıda cəmləşmişdir. Və onların oksigen həmkarları üzlərin ortasında yerləşdirilir. Bu belə formalaşıroktaedr.
Titan ionları burada dəyişdikdə, SEP həyata keçirilir. Belə ferroelektriklər oxşar quruluşun birləşmələri ilə bərk qarışıqlar yarada bilər. Məsələn, PbTiO3-PbZrO3 . Bu, varikondalar, piezo aktuatorlar, posistorlar və s. kimi cihazlar üçün uyğun xüsusiyyətlərə malik keramika ilə nəticələnir.
Pseudo-ilmenitlər
Onlar rombedral konfiqurasiyada fərqlənirlər. Onların parlaq spesifikliyi yüksək Küri temperatur göstəriciləridir.
Onlar həm də kristallardır. Bir qayda olaraq, onlar yuxarı böyük dalğalarda akustik mexanizmlərdə istifadə olunur. Aşağıdakı cihazlar mövcudluğu ilə xarakterizə olunur:
- rezonatorlar;
- zolaqlı filtrlər;
- yüksək tezlikli akusto-optik modulyatorlar;
- piro qəbuledicilər.
Onlar həmçinin elektron və optik qeyri-xətti cihazlarda təqdim olunur.
KDR və TGS
Birinci təyin olunmuş sinifin ferroelektrikləri hidrogen kontaktlarında protonları təşkil edən bir quruluşa malikdir. SEP bütün protonlar qaydasında olduqda baş verir.
Bu kateqoriyanın elementləri qeyri-xətti optik cihazlarda və elektrik optikasında istifadə olunur.
İkinci kateqoriyalı ferroelektriklərdə protonlar oxşar şəkildə sıralanır, yalnız qlisin molekullarının yaxınlığında dipollar əmələ gəlir.
Bu qrupun komponentləri məhdud dərəcədə istifadə olunur. Onlar adətən piro qəbuledicilərdən ibarətdir.
Maye kristal görünüşlər
Onlar sıra ilə düzülmüş qütb molekullarının olması ilə xarakterizə olunur. Burada ferroelektriklərin əsas xüsusiyyətləri aydın şəkildə özünü göstərir.
Onların optik keyfiyyətlərinə temperatur və xarici elektrik spektrinin vektoru təsir edir.
Bu amillərə əsasən, bu tip ferroelektriklərin istifadəsi optik sensorlar, monitorlar, bannerlər və s.-də həyata keçirilir.
İki sinif arasındakı fərqlər
Ferroelektriklər ionları və ya dipolları olan birləşmələrdir. Onların xüsusiyyətlərində əhəmiyyətli fərqlər var. Beləliklə, ilk komponentlər suda ümumiyyətlə həll olunmur, lakin güclü mexaniki gücə malikdirlər. Keramika sistemin işlədilməsi şərti ilə onlar asanlıqla polikristal formatda hazırlanır.
Sonuncu suda asanlıqla həll olunur və cüzi gücə malikdir. Onlar sulu tərkiblərdən bərk parametrlərin monokristallarının əmələ gəlməsinə imkan verir.
Domenlər
Ferroelektriklərin əksər xüsusiyyətləri domenlərdən asılıdır. Beləliklə, keçid cərəyanı parametri onların davranışı ilə sıx bağlıdır. Onlar həm monokristallarda, həm də keramikada olur.
Ferroelektriklərin domen strukturu makroskopik ölçülər sektorudur. Onda ixtiyari qütbləşmə vektorunda heç bir uyğunsuzluq yoxdur. Və yalnız qonşu sektorlarda oxşar vektordan fərqlər var.
Domenlər tək kristalın daxili məkanında hərəkət edə bilən divarları ayırır. Bu zaman bəzi domenlərdə artım, digər domenlərdə isə azalma müşahidə olunur. Repolarizasiya olduqda, sektorlar divarların yerdəyişməsi və ya oxşar proseslər nəticəsində inkişaf edir.
Ferroelektriklərin elektrik xassələri,monokristallar kristal qəfəsin simmetriyası əsasında əmələ gəlir.
Ən gəlirli enerji strukturu onun içindəki domen sərhədlərinin elektrik cəhətdən neytral olması ilə xarakterizə olunur. Beləliklə, qütbləşmə vektoru müəyyən bir sahənin sərhədinə proyeksiya edilir və onun uzunluğuna bərabərdir. Eyni zamanda, o, ən yaxın domenin tərəfdən eyni vektora əks istiqamətdədir.
Buna görə də domenlərin elektrik parametrləri baş-quyruq sxemi əsasında formalaşır. Domenlərin xətti dəyərləri müəyyən edilir. Onlar 10-4-10-1 aralığındadırlar bax
Polarizasiya
Xarici elektrik sahəsinə görə domenlərin elektrik hərəkətlərinin vektoru dəyişir. Beləliklə, ferroelektriklərin güclü qütbləşməsi yaranır. Nəticədə, dielektrik sabiti böyük dəyərlərə çatır.
Domenlərin qütbləşməsi onların mənşəyi və sərhədlərinin dəyişməsi nəticəsində inkişafı ilə izah olunur.
Ferroelektriklərin göstərilən strukturu onların induksiyasının xarici sahənin gərginlik dərəcəsindən dolayı asılılığına səbəb olur. Zəif olduqda sektorlar arasında əlaqə xətti olur. Domen məhdudiyyətlərinin geri çevrilə bilən prinsipə uyğun olaraq dəyişdirildiyi bölmə görünür.
Güclü yataqlar zonasında belə bir proses geri dönməzdir. Eyni zamanda, SEP vektorunun sahə vektoru ilə minimum bucaq təşkil etdiyi sektorlar böyüyür. Və müəyyən bir gərginlikdə, bütün domenlər sahə boyunca tam olaraq düzülür. Texniki doyma formalaşır.
Belə şəraitdə gərginlik sıfıra endirildikdə, induksiyanın oxşar tərsinə çevrilməsi olmur. Odurqalıq Dr alır. Əgər ona əks yüklü sahə təsir edərsə, o, sürətlə azalacaq və vektorunu dəyişəcək.
Gərginliyin sonrakı inkişafı yenidən texniki doymaya gətirib çıxarır. Beləliklə, müxtəlif spektrlərdə ferroelektriklərin qütbləşmənin tərsinə çevrilməsindən asılılığı işarələnir. Bu prosesə paralel olaraq histerezis baş verir.
İnduksiyanın sıfır dəyərindən keçdiyi Er, diapazonunun intensivliyi məcburedici qüvvədir.
Histerezis prosesi
Bununla sahənin təsiri altında domen sərhədləri dönməz şəkildə dəyişir. Bu, domenlərin təşkili üçün enerji xərclərinə görə dielektrik itkilərin olması deməkdir.
Burada histerezis halqası əmələ gəlir.
Onun sahəsi bir dövrədə ferroelektrikdə sərf olunan enerjiyə uyğundur. İtkilərə görə onda 0, 1 bucağının tangensi əmələ gəlir.
Histerezis dövrələri müxtəlif amplituda dəyərlərində yaradılır. Onların zirvələri birlikdə əsas qütbləşmə əyrisini təşkil edir.
Ölçü əməliyyatları
Demək olar ki, bütün siniflərin ferroelektriklərinin dielektrik davamlılığı hətta TK-dan uzaq olan qiymətlərdə belə bərk qiymətlərdə fərqlənir.
Onun ölçülməsi aşağıdakı kimidir: kristala iki elektrod vurulur. Onun tutumu dəyişən diapazonda müəyyən edilir.
Yuxarıdagöstəricilər TK keçiricilik müəyyən istilik asılılığına malikdir. Bunu Küri-Veys qanunu əsasında hesablamaq olar. Aşağıdakı düstur burada işləyir:
e=4pC / (T-Tc).
Bunda C Küri sabitidir. Keçid dəyərlərindən aşağı sürətlə düşür.
Düsturdakı "e" hərfi qeyri-xətti deməkdir ki, burada dəyişən gərginliklə kifayət qədər dar spektrdə mövcuddur. Bu və histerezis səbəbindən ferroelektrik keçiriciliyi və həcmi iş rejimindən asılıdır.
keçiricilik növləri
Qeyri-xətti komponentin müxtəlif iş şəraitində material onun keyfiyyətlərini dəyişir. Onları xarakterizə etmək üçün aşağıdakı keçiricilik növləri istifadə olunur:
- Statistik (est). Bunu hesablamaq üçün əsas polarizasiya əyrisindən istifadə olunur: est =D / (e0E)=1 + P / (e 0E) » P / (e0E).
- Əks (ep). Sabit sahənin paralel təsiri altında dəyişən diapazonda ferroelektrik polarizasiyasının dəyişməsini bildirir.
- Effektivdir (eef). Qeyri-xətti komponentlə birlikdə gedən faktiki cərəyan I (qeyri-sinusoidal növü nəzərdə tutur) əsasında hesablanır. Bu halda aktiv gərginlik U və bucaq tezliyi w var. Düstur işləyir: eef ~ Cef =I / (wU).
- İlkin. Çox zəif spektrlərdə müəyyən edilir.
İki əsas piroelektrik növü
Bunlar ferroelektriklər və antiferroelektriklərdir. Onların varBOT sektorları var - domenlər.
Birinci formada bir domen öz ətrafında depolarizasiya edən sfera əmələ gətirir.
Çoxlu domen yaradıldıqda azalır. Depolarizasiya enerjisi də azalır, lakin sektor divarlarının enerjisi artır. Bu göstəricilər eyni sırada olduqda proses tamamlanır.
Ferroelektriklər xarici sferada olduqda SƏTƏM-in davranışı necədir, yuxarıda təsvir edilmişdir.
Antiferroelektriklər - bir-birinin içərisinə yerləşdirilən ən azı iki alt qəfəsin assimilyasiyası. Hər birində dipol amillərinin istiqaməti paraleldir. Və onların ümumi dipol indeksi 0-dır.
Zəif spektrlərdə antiferroelektriklər xətti polarizasiya növü ilə fərqlənirlər. Lakin sahənin gücü artdıqca onlar ferroelektrik şərait əldə edə bilirlər. Sahə parametrləri 0-dan E1-ə qədər inkişaf edir. Qütbləşmə xətti olaraq artır. Əks hərəkətdə o, artıq sahədən uzaqlaşır - döngə əldə edilir.
E2 diapazonunun gücü formalaşdıqda ferroelektrik onun antipoduna çevrilir.
Sahə vektoru E dəyişdirilərkən vəziyyət eynidir. Bu, əyrinin simmetrik olması deməkdir.
Antiferroelektrik, Küri nişanını aşan, paraelektrik şərait əldə edir.
Bu nöqtəyə daha aşağı yanaşma ilə keçiricilik müəyyən maksimuma çatır. Üstündə isə Küri-Veys düsturuna görə dəyişir. Bununla belə, göstərilən nöqtədə mütləq keçiricilik parametri ferroelektriklərdən daha aşağıdır.
Bir çox hallarda antiferroelektriklər varonların antipodlarına oxşar kristal quruluş. Nadir hallarda və eyni birləşmələrlə, lakin fərqli temperaturlarda hər iki piroelektriklərin fazaları görünür.
Ən məşhur antiferroelektriklər NaNbO3, NH4H2P0 4 və s. Onların sayı adi ferroelektriklərin sayından azdır.
