Ferroelektrik är Koncept, definition, egenskaper och tillämpning

2024 Författare: Angel Austin | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-17 05:42

Ferroelektrik är element med spontan elektrisk polarisation (SEP). Initiativtagarna till dess omkastning kan vara tillämpningar av det elektriska området E med lämpliga parametrar och riktningsvektorer. Denna process kallas repolarisering. Det åtföljs med nödvändighet av hysteres.

Vanliga funktioner

Ferroelektrik är komponenter som har:

1. Kolossal permittivitet.
2. Kraftfull piezomodul.
3. loop.

Användningen av ferroelektrik sker i många industrier. Här är några exempel:

1. Radioteknik.
2. Quantum electronics.
3. Mätteknik.
4. Elektrisk akustik.

Ferroelektrik är fasta ämnen som inte är metaller. Deras studie är mest effektiv när deras tillstånd är enkristall.

Ljusa detaljer

Det finns bara tre av dessa element:

1. Reversibel polarisation.
2. ickelinjäritet.
3. Anomala egenskaper.

Många ferroelektriska enheter upphör att vara ferroelektriska när de är innetemperaturövergångsförhållanden. Sådana parametrar kallas T_K. Ämnen beter sig onorm alt. Deras dielektriska konstant utvecklas snabbt och når fasta nivåer.

Klassificering

Hon är ganska komplex. Vanligtvis är dess nyckelaspekter utformningen av elementen och tekniken för bildandet av SEP i kontakt med den under fasbytet. Här finns en uppdelning i två typer:

1. Har en offset. Deras joner skiftar under fasrörelse.
2. Ordning är kaos. Under liknande förhållanden är den initiala fasens dipoler ordnade i dem.

Dessa arter har också underarter. Till exempel kan partiska komponenter delas in i två kategorier: perovskiter och pseudoilmeniter.

Den andra typen har en uppdelning i tre klasser:

1. Kaliumdivätefosfater (KDR) och alkalimetaller (t.ex. KH₂AsO₄ och KH_{2 PO}4 _).
2. Triglycinsulfater (THS): (NH₂CH₂COOH₃)× H ₂SO_4.
3. Komponenter med flytande kristaller

Perovskites

Dessa element finns i två format:

1. monokristallint.
2. Ceramic.

De innehåller en syreoktaeder, som innehåller en Ti-jon med en valens på 4-5.

När det paraelektriska stadiet inträffar får kristallerna en kubisk struktur. Joner som Ba och Cd är koncentrerade i toppen. Och deras syremotsvarigheter är placerade i mitten av ansiktena. Så här bildas denoktaeder.

När titanjoner ändras här, utförs SEP. Sådan ferroelektrik kan skapa fasta blandningar med formationer av liknande struktur. Till exempel, PbTiO₃-PbZrO₃ . Detta resulterar i keramik med lämpliga egenskaper för enheter som varicondas, piezo-ställdon, posistorer, etc.

Pseudoilmeniter

De skiljer sig åt i romboedrisk konfiguration. Deras ljusa specificitet är höga Curie-temperaturindikatorer.

De är också kristaller. Som regel används de i akustiska mekanismer på de övre stora vågorna. Följande enheter kännetecknas av sin närvaro:

- resonatorer;

- filter med ränder;

- högfrekventa akusto-optiska modulatorer;

- pyromottagare.

De introduceras också i elektroniska och optiska icke-linjära enheter.

KDR och TGS

Ferroelektrik av den första angivna klassen har en struktur som ordnar protoner i vätekontakter. SEP inträffar när alla protoner är i ordning.

Element i denna kategori används i icke-linjära optiska enheter och i elektrisk optik.

I ferroelektrik av den andra kategorin är protoner ordnade på liknande sätt, endast dipoler bildas nära glycinmolekyler.

Komponenterna i denna grupp används i begränsad omfattning. Vanligtvis innehåller de pyromottagare.

Liquid Crystal Views

De kännetecknas av närvaron av polära molekyler ordnade i ordning. Här är de viktigaste detaljerna för ferroelektrik tydligt manifesterade.

Deras optiska egenskaper påverkas av temperaturen och vektorn för det yttre elektriska spektrumet.

Baserat på dessa faktorer är användningen av ferroelektrik av denna typ implementerad i optiska sensorer, monitorer, banderoller, etc.

Skillnader mellan de två klasserna

Ferroelektrik är formationer med joner eller dipoler. De har betydande skillnader i sina egenskaper. Så de första komponenterna löser sig inte alls i vatten, men de har kraftfull mekanisk styrka. De formas lätt i polykristallformat under förutsättning att det keramiska systemet används.

Den senare löser sig lätt i vatten och har försumbar styrka. De tillåter bildning av enkristaller av fasta parametrar från vattenh altiga kompositioner.

Domäner

De flesta egenskaper hos ferroelektrik beror på domäner. Sålunda är växlingsströmparametern nära relaterad till deras beteende. De finns både i enkristaller och i keramik.

Domänstrukturen för ferroelektrik är en sektor med makroskopiska dimensioner. I den har vektorn för godtycklig polarisering inga avvikelser. Och det finns bara skillnader från en liknande vektor i närliggande sektorer.

Domäner separerar väggar som kan röra sig i det inre utrymmet i en enda kristall. I det här fallet är det en ökning i vissa och en minskning i andra domäner. När det sker en repolarisering utvecklas sektorerna på grund av förskjutning av väggarna eller liknande processer.

Ferroelektriska egenskaper,som är enkristaller, bildas baserat på kristallgittrets symmetri.

Den mest lönsamma energistrukturen kännetecknas av att domängränserna i den är elektriskt neutrala. Således projiceras polarisationsvektorn på gränsen för en viss domän och är lika med dess längd. Samtidigt är den motsatt i riktning mot den identiska vektorn från sidan av närmaste domän.

Följaktligen bildas de elektriska parametrarna för domänerna på basis av head-tail-schemat. Linjära värden för domäner bestäms. De är i intervallet 10^-4-10^-1 se

Polarization

På grund av det externa elektriska fältet förändras vektorn för elektriska handlingar i domäner. Således uppstår en kraftfull polarisering av ferroelektrik. Som ett resultat når dielektricitetskonstanten enorma värden.

Polariseringen av domäner förklaras av deras ursprung och utveckling på grund av förskjutningen av deras gränser.

Den indikerade strukturen hos ferroelektrik orsakar ett indirekt beroende av deras induktion på spänningsgraden för det externa fältet. När den är svag är förhållandet mellan sektorerna linjärt. Ett avsnitt visas där domängränserna flyttas enligt en reversibel princip.

I zonen av kraftfulla fält är en sådan process oåterkallelig. Samtidigt växer de sektorer för vilka SEP-vektorn bildar minimivinkeln med fältvektorn. Och vid en viss spänning ställs alla domäner upp exakt längs fältet. Teknisk mättnad bildas.

Under sådana förhållanden, när spänningen reduceras till noll, finns det ingen liknande reversering av induktion. Hon ärfår den återstående D_r. Om den påverkas av ett fält med motsatt laddning kommer den snabbt att minska och ändra sin vektor.

Den efterföljande utvecklingen av spänning leder återigen till teknisk mättnad. Sålunda betecknas beroendet av ferroelektriken på polarisationsomkastning i varierande spektra. Parallellt med denna process uppstår hysteres.

Intensiteten för området E_r, vid vilken induktion följer genom nollvärdet, är tvångskraften.

Hysteresprocess

Med det förskjuts domängränserna oåterkalleligt under påverkan av fältet. Det betyder förekomsten av dielektriska förluster på grund av energikostnader för arrangemanget av domäner.

En hysteresloop bildas här.

Dess area motsvarar den energi som förbrukas i ferroelektriken i en cykel. På grund av förluster bildas tangenten för vinkeln 0, 1 i den.

Hysteresloopar skapas med olika amplitudvärden. Tillsammans bildar deras toppar huvudpolarisationskurvan.

Mätoperationer

Dielektricitetskonstanten för ferroelektrik av nästan alla klasser skiljer sig i solida värden även vid värden långt från T_K.

Dess mätning är som följer: två elektroder appliceras på kristallen. Dess kapacitet bestäms i ett variabelt intervall.

Ovanindikatorer T_K permeabilitet har ett visst termiskt beroende. Detta kan beräknas utifrån Curie-Weiss-lagen. Följande formel fungerar här:

e=4pC / (T-Tc).

I den är C Curie-konstanten. Under övergångsvärden faller den snabbt.

Bokstaven "e" i formeln betyder icke-linjäritet, som här finns i ett ganska sm alt spektrum med en skiftande spänning. På grund av det och hysteresen beror permeabiliteten och volymen hos ferroelektriken på driftläget.

Typer av permeabilitet

Material under olika driftsförhållanden för en icke-linjär komponent ändrar dess egenskaper. Följande typer av permeabilitet används för att karakterisera dem:

1. Statistical (e_st). För att beräkna det, används huvudpolarisationskurvan: e_st =D / (e₀E)=1 + P / (e 0_{E) » P / (e}0_E).
2. Omvänd (e_p). Betecknar en förändring i polarisationen av ferroelektriken i det variabla området under parallell påverkan av ett stabilt fält.
3. Effektiv (e_ef). Beräknas från den faktiska strömmen I (antyder icke-sinusformad typ) som går i samband med den icke-linjära komponenten. I detta fall finns det en aktiv spänning U och en vinkelfrekvens w. Formeln fungerar: e_ef ~ C_ef =I / (wU).
4. Initial. Det bestäms i extremt svaga spektra.

Två huvudtyper av pyroelektrik

Dessa är ferroelektriska och antiferroelektriska. De hardet finns BOT-sektorer – domäner.

I den första formen bildar en domän en depolariserande sfär runt sig själv.

När många domäner skapas minskar det. Depolarisationsenergin minskar också, men sektorns väggars energi ökar. Processen är slutförd när dessa indikatorer är i samma ordning.

Vad är HSE:s beteende när ferroelektrik är i den yttre sfären, beskrevs ovan.

Antiferroelectrics - assimilering av minst två subgitter placerade inuti varandra. I varje är dipolfaktorernas riktning parallell. Och deras gemensamma dipolindex är 0, I svaga spektra kännetecknas antiferroelektrik av en linjär typ av polarisation. Men när fältstyrkan ökar kan de få ferroelektriska förhållanden. Fältparametrar utvecklas från 0 till E_1. Polarisering växer linjärt. På den omvända rörelsen rör hon sig redan bort från fältet - en slinga erhålls

När styrkan i området E_{2 bildas, omvandlas} ferroelektrisk till dess antipod.

När du byter fältvektor E är situationen identisk. Det betyder att kurvan är symmetrisk.

Antiferroelektrisk, som överstiger Curie-märket, får paraelektriska förhållanden.

Med den lägre ansatsen till denna punkt når permeabiliteten ett visst maximum. Ovanför det varierar det enligt Curie-Weiss formel. Den absoluta permeabilitetsparametern vid den angivna punkten är dock sämre än den för ferroelektrik.

I många fall har antiferroelektrikkristallin struktur som liknar deras antipoder. I sällsynta situationer och med identiska föreningar, men vid olika temperaturer, uppträder faser av båda pyroelektriska komponenterna.

De mest kända antiferroelektriska komponenterna är NaNbO_3, NH₄H₂P0 4 _{osv. Deras antal är sämre än antalet vanliga ferroelektriska komponenter.}