Ֆեռոէլեկտրիկները Հայեցակարգ, սահմանում, հատկություններ և կիրառություն

2024 Հեղինակ: Angel Austin | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2023-12-17 05:30

Ֆեռոէլեկտրականները ինքնաբուխ էլեկտրական բևեռացումով (SEP) տարրեր են: Դրա հակադարձման նախաձեռնողները կարող են լինել E էլեկտրական տիրույթի կիրառությունները՝ համապատասխան պարամետրերով և ուղղության վեկտորներով: Այս գործընթացը կոչվում է ռեբևեռացում: Այն պարտադիր ուղեկցվում է հիստերեզով։

Ընդհանուր հատկանիշներ

Ֆեռոէլեկտրիկներն այն բաղադրիչներն են, որոնք ունեն՝

1. Հսկայական թույլտվություն.
2. Հզոր պիեզո մոդուլ։
3. Loop.

Ֆեռոէլեկտրիկների օգտագործումն իրականացվում է բազմաթիվ արդյունաբերություններում։ Ահա մի քանի օրինակ՝

1. Ռադիոտեխնիկա.
2. Քվանտային էլեկտրոնիկա.
3. Չափման տեխնոլոգիա.
4. Էլեկտրական ակուստիկա.

Ֆեռոէլեկտրիկները պինդ նյութեր են, որոնք մետաղներ չեն: Նրանց ուսումնասիրությունն առավել արդյունավետ է, երբ նրանց վիճակը միաբյուրեղ է:

Պայծառ առանձնահատկություններ

Այս տարրերից միայն երեքն են՝

1. Վերադարձելի բևեռացում.
2. Ոչ գծայինություն.
3. Անոմալ բնութագրեր.

Շատ ֆեռոէլեկտրիկներ դադարում են ֆերոէլեկտրական լինել, երբ գտնվում ենջերմաստիճանի անցման պայմանները. Նման պարամետրերը կոչվում են T_K: Նյութերն իրենց աննորմալ են պահում: Նրանց դիէլեկտրական հաստատունը զարգանում է արագ և հասնում է ամուր մակարդակի։

Դասակարգում

Նա բավականին բարդույթավորված է: Սովորաբար դրա առանցքային ասպեկտներն են տարրերի ձևավորումը և փուլերի փոփոխության ժամանակ դրա հետ շփման մեջ գտնվող SEP-ի ձևավորման տեխնոլոգիան: Այստեղ կա բաժանում երկու տեսակի՝

1. Օֆսեթ ունենալը: Նրանց իոնները տեղաշարժվում են փուլային շարժման ընթացքում։
2. Կարգը քաոս է. Նման պայմաններում սկզբնական փուլի դիպոլները դասավորված են դրանցում։

Այս տեսակներն ունեն նաև ենթատեսակներ։ Օրինակ, կողմնակալ բաղադրիչները բաժանվում են երկու կատեգորիայի՝ պերովսկիտներ և կեղծ-իլմենիտներ:

Երկրորդ տեսակը բաժանվում է երեք դասի.

1. Կալիումի երկջրածին ֆոսֆատներ (KDR) և ալկալիական մետաղներ (օրինակ՝ KH₂AsO₄ և KH_{2 PO}4 _).
2. Տրիգլիցին սուլֆատներ (THS): (NH₂CH₂COOH₃)× H ₂SO_4.
3. Հեղուկ բյուրեղային բաղադրիչներ

Պերովսկիտներ

Այս տարրերը գոյություն ունեն երկու ձևաչափով.

1. Մենաբյուրեղ.
2. Ceramic.

Նրանք պարունակում են թթվածնի ութանիստ, որը պարունակում է Ti իոն 4-5 վալենտով:

Երբ տեղի է ունենում պարաէլեկտրական փուլը, բյուրեղները ձեռք են բերում խորանարդ կառուցվածք: Իոնները, ինչպիսիք են Ba-ն և Cd-ը, կենտրոնացած են վերևում: Իսկ դրանց թթվածնի նմանակները տեղադրված են դեմքերի մեջտեղում: Այսպես է այն ձևավորվումութանիստ.

Երբ այստեղ տիտանի իոնները փոխվում են, կատարվում է SEP: Նման ֆերոէլեկտրիկները կարող են պինդ խառնուրդներ ստեղծել նմանատիպ կառուցվածքի գոյացություններով։ Օրինակ՝ PbTiO₃-PbZrO₃ : Սա հանգեցնում է այնպիսի սարքերի համար հարմար բնութագրերով կերամիկայի, ինչպիսիք են վարիկոնդաները, պիեզո ակտուատորները, պոզիստորները և այլն:

սևդո-իլմենիտներ

Նրանք տարբերվում են ռոմբոեդրային կազմաձևով: Նրանց վառ առանձնահատկությունը Կյուրիի բարձր ջերմաստիճանի ցուցանիշներն են։

Դրանք նույնպես բյուրեղներ են։ Որպես կանոն, դրանք օգտագործվում են վերին խոշոր ալիքների վրա գտնվող ակուստիկ մեխանիզմներում: Հետևյալ սարքերը բնութագրվում են իրենց ներկայությամբ.

- ռեզոնատորներ;

- զտիչներ գծերով;

- բարձր հաճախականության ակուստո-օպտիկական մոդուլատորներ;

- պիրո ընդունիչներ։

Դրանք ներդրված են նաև էլեկտրոնային և օպտիկական ոչ գծային սարքերում:

KDR և TGS

Առաջին նշանակված դասի ֆերոէլեկտրիկները ունեն կառուցվածք, որը դասավորում է պրոտոնները ջրածնի շփումներում: SEP-ն առաջանում է, երբ բոլոր պրոտոնները կարգին են:

Այս կատեգորիայի տարրերն օգտագործվում են ոչ գծային օպտիկական սարքերում և էլեկտրական օպտիկայի մեջ:

Երկրորդ կարգի ֆերոէլեկտրիկայում պրոտոնները դասավորված են նույն ձևով, միայն դիպոլներ են ձևավորվում գլիկինի մոլեկուլների մոտ:

Այս խմբի բաղադրիչներն օգտագործվում են սահմանափակ չափով: Սովորաբար դրանք պարունակում են պիրո ընդունիչներ։

Հեղուկ բյուրեղյա տեսարաններ

Դրանք բնութագրվում են ըստ հերթականության դասավորված բևեռային մոլեկուլների առկայությամբ։Այստեղ հստակ դրսևորվում են ֆերոէլեկտրիկների հիմնական առանձնահատկությունները։

Նրանց օպտիկական որակների վրա ազդում են ջերմաստիճանը և արտաքին էլեկտրական սպեկտրի վեկտորը:

Ելնելով այս գործոններից՝ այս տեսակի ֆերոէլեկտրիկների օգտագործումն իրականացվում է օպտիկական սենսորների, մոնիտորների, պաստառների և այլնի մեջ։

Տարբերությունները երկու դասերի միջև

Ֆեռոէլեկտրիկները իոններով կամ դիպոլներով գոյացություններ են: Նրանք ունեն զգալի տարբերություններ իրենց հատկությունների մեջ: Այսպիսով, առաջին բաղադրիչները ընդհանրապես չեն լուծվում ջրի մեջ, բայց ունեն հզոր մեխանիկական ուժ։ Դրանք հեշտությամբ ձևավորվում են պոլիբյուրեղային ձևաչափով, պայմանով, որ կերամիկական համակարգը գործարկվի:

Վերջիններս հեշտությամբ լուծվում են ջրի մեջ և ունեն չնչին ուժ։ Դրանք թույլ են տալիս ջրային բաղադրությունից պինդ պարամետրերի միաբյուրեղների ձևավորում:

Դոմեններ

Ֆեռոէլեկտրիկների մեծամասնության բնութագրերը կախված են տիրույթներից: Այսպիսով, միացման ընթացիկ պարամետրը սերտորեն կապված է նրանց վարքագծի հետ: Դրանք հանդիպում են ինչպես միաբյուրեղներում, այնպես էլ կերամիկայի մեջ։

Ֆեռոէլեկտրիկների տիրույթի կառուցվածքը մակրոսկոպիկ չափերի հատված է: Դրանում կամայական բևեռացման վեկտորը որևէ անհամապատասխանություն չունի։ Եվ հարևան հատվածներում կան միայն տարբերություններ նմանատիպ վեկտորից:

Դոմեններն առանձնացնում են պատեր, որոնք կարող են շարժվել մեկ բյուրեղի ներքին տարածության մեջ: Տվյալ դեպքում որոշ տիրույթներում աճ է նկատվում, իսկ մյուսում՝ նվազում։ Երբ կա վերաբևեռացում, հատվածները զարգանում են պատերի տեղաշարժի կամ նմանատիպ գործընթացների պատճառով:

Ֆեռոէլեկտրիկների էլեկտրական հատկությունները,որոնք միայնակ բյուրեղներ են, ձևավորվում են բյուրեղային ցանցի համաչափության հիման վրա։

Ամենաշահութաբեր էներգետիկ կառուցվածքը բնութագրվում է նրանով, որ դրանում տիրույթի սահմանները էլեկտրականորեն չեզոք են։ Այսպիսով, բևեռացման վեկտորը նախագծված է որոշակի տիրույթի սահմանի վրա և հավասար է դրա երկարությանը: Միևնույն ժամանակ, այն հակառակ է մոտակա տիրույթի կողմից նույնական վեկտորին։

Հետևաբար, տիրույթների էլեկտրական պարամետրերը ձևավորվում են գլուխ-պոչի սխեմայի հիման վրա։ Որոշվում են տիրույթների գծային արժեքները: Դրանք գտնվում են 10^-4-10^-1 տես

-ի սահմաններում

բևեռացում

Արտաքին էլեկտրական դաշտի շնորհիվ փոխվում է տիրույթների էլեկտրական գործողությունների վեկտորը։ Այսպիսով, առաջանում է ֆերոէլեկտրիկների հզոր բևեռացում։ Արդյունքում դիէլեկտրական հաստատունը հասնում է հսկայական արժեքների։

Դոմեյնների բևեռացումը բացատրվում է դրանց ծագմամբ և զարգացմամբ՝ պայմանավորված դրանց սահմանների փոփոխությամբ:

Ֆեռոէլեկտրիկների նշված կառուցվածքը առաջացնում է դրանց ինդուկցիայի անուղղակի կախվածությունը արտաքին դաշտի լարման աստիճանից։ Երբ այն թույլ է, հատվածների միջև կապը գծային է: Հայտնվում է մի բաժին, որտեղ տիրույթի սահմանները տեղափոխվում են շրջելի սկզբունքի համաձայն:

Հզոր դաշտերի գոտում նման գործընթացն անշրջելի է։ Միևնույն ժամանակ աճում են այն հատվածները, որոնց համար SEP վեկտորը նվազագույն անկյուն է կազմում դաշտի վեկտորի հետ։ Եվ որոշակի լարվածության դեպքում բոլոր տիրույթները շարվում են հենց դաշտի երկայնքով: Ձևավորվում է տեխնիկական հագեցվածություն։

Այսպիսի պայմաններում, երբ լարվածությունը զրոյի է հասցվում, ինդուկցիայի նման հակադարձ չի լինում։ Նա էստանում է մնացորդային D_r: Եթե դրա վրա ազդի հակառակ լիցք ունեցող դաշտը, այն արագորեն կնվազի և կփոխի իր վեկտորը:

Լարվածության հետագա զարգացումը կրկին հանգեցնում է տեխնիկական հագեցվածության. Այսպիսով, ֆերոէլեկտրիկի կախվածությունը բևեռացման հակադարձումից տարբեր սպեկտրներում նշվում է: Այս գործընթացին զուգահեռ առաջանում է հիստերեզ։

E_r, միջակայքի ինտենսիվությունը, որի դեպքում ինդուկցիան անցնում է զրոյական արժեքի միջով, հարկադիր ուժն է:

Հիստերեզի գործընթաց

Դրա հետ դաշտի ազդեցության տակ տիրույթի սահմաններն անշրջելիորեն տեղաշարժվում են: Դա նշանակում է տիրույթների դասավորության համար էներգիայի ծախսերի պատճառով դիէլեկտրական կորուստների առկայություն։

Այստեղ ձևավորվում է հիստերեզի հանգույց:

Նրա մակերեսը համապատասխանում է ֆերոէլեկտրականում մեկ ցիկլում ծախսված էներգիային։ Կորուստների պատճառով նրանում ձևավորվում է 0, 1 անկյան շոշափողը։

Հիստերեզի օղակները ստեղծվում են ամպլիտուդի տարբեր արժեքներով: Նրանց գագաթները միասին կազմում են բևեռացման հիմնական կորը։

Չափման գործողություններ

Գրեթե բոլոր դասերի ֆերոէլեկտրիկների դիէլեկտրական հաստատունը տարբերվում է պինդ արժեքներով նույնիսկ T_{K-ից հեռու արժեքներում:}

Դրա չափումը հետևյալն է՝ բյուրեղի վրա կիրառվում են երկու էլեկտրոդներ։ Դրա հզորությունը որոշվում է փոփոխական միջակայքում։

Վերևումցուցանիշներ T_K թափանցելիությունը որոշակի ջերմային կախվածություն ունի: Սա կարելի է հաշվարկել Կյուրի-Վայսի օրենքի հիման վրա: Այստեղ գործում է հետևյալ բանաձևը՝

e=4pC / (T-Tc).

Դրա մեջ C-ը Կյուրիի հաստատունն է: Անցումային արժեքներից ցածր՝ այն արագորեն ընկնում է։

Բանաձևի «e» տառը նշանակում է ոչ գծայինություն, որն այստեղ առկա է բավականին նեղ սպեկտրում, որն ունի տեղաշարժ լարման: Դրա և հիստերեզի պատճառով ֆերոէլեկտրիկի թափանցելիությունն ու ծավալը կախված են գործառնական ռեժիմից։

թափանցելիության տեսակները

Նյութը ոչ գծային բաղադրիչի տարբեր աշխատանքային պայմաններում փոխում է իր որակները: Դրանք բնութագրելու համար օգտագործվում են թափանցելիության հետևյալ տեսակները՝

1. վիճակագրական (e_st): Այն հաշվարկելու համար օգտագործվում է բևեռացման հիմնական կորը՝ e_st =D / (e₀E)=1 + P / (e 0_{E) » P / (e}0_E).
2. Հակադարձ (e_p): Նշում է ֆերոէլեկտրիկի բևեռացման փոփոխությունը փոփոխական տիրույթում կայուն դաշտի զուգահեռ ազդեցության տակ:
3. Արդյունավետ (e_ef): Հաշվարկվում է իրական հոսանքից I (նշանակում է ոչ սինուսոիդային տեսակը), որն անցնում է ոչ գծային բաղադրիչի հետ միասին: Այս դեպքում կա ակտիվ լարման U և անկյունային հաճախականություն w: Բանաձևն աշխատում է՝ e_ef ~ C_ef =I / (wU).
4. Սկզբնական. Այն որոշվում է չափազանց թույլ սպեկտրներում։

Պիրոէլեկտրիկների երկու հիմնական տեսակ

Սրանք ֆերոէլեկտրիկներ և հակաֆերոէլեկտրիկներ են: Նրանք ունենկան BOT հատվածներ՝ տիրույթներ։

Առաջին ձևով մեկ տիրույթն իր շուրջը ձևավորում է ապաբևեռացնող գունդ:

Երբ ստեղծվում են շատ տիրույթներ, այն նվազում է։ Նվազում է նաև ապաբևեռացման էներգիան, բայց աճում է հատվածի պատերի էներգիան։ Գործընթացն ավարտվում է, երբ այս ցուցանիշները նույն հերթականությամբ են:

Ինչպիսի՞ն է HSE-ի պահվածքը, երբ ֆերոէլեկտրականները գտնվում են արտաքին ոլորտում, նկարագրվեց վերևում:

Հակաֆերրոէլեկտրիկներ - միմյանց ներսում տեղադրված առնվազն երկու ենթախցիկների յուրացում։ Յուրաքանչյուրում դիպոլային գործոնների ուղղությունը զուգահեռ է։ Եվ նրանց ընդհանուր դիպոլի ինդեքսը 0 է.

Թույլ սպեկտրներում հակաֆերոէլեկտրիկները տարբերվում են բևեռացման գծային տեսակով։ Բայց քանի որ դաշտի ուժգնությունը մեծանում է, նրանք կարող են ձեռք բերել ֆերոէլեկտրական պայմաններ: Դաշտի պարամետրերը զարգանում են 0-ից մինչև E_1: Բևեռացումն աճում է գծային: Հակադարձ շարժման ժամանակ նա արդեն հեռանում է դաշտից, ստացվում է օղակ։

Երբ ձևավորվում է E_{2 միջակայքի ուժգնությունը,} ֆեռոէլեկտրիկը փոխարկվում է իր հակապոդին:

E դաշտի վեկտորը փոխելիս իրավիճակը նույնական է։ Սա նշանակում է, որ կորը սիմետրիկ է։

Հակաֆերրոէլեկտրիկը, գերազանցելով Կյուրիի նշանը, ձեռք է բերում պարաէլեկտրական պայմաններ։

Այս կետին ավելի ցածր մոտեցման դեպքում թափանցելիությունը հասնում է որոշակի առավելագույնի: Վերևում այն տատանվում է ըստ Curie-Weiss բանաձևի: Այնուամենայնիվ, նշված կետում բացարձակ թափանցելիության պարամետրը զիջում է ֆերոէլեկտրականներին:

Շատ դեպքերում հակաֆերոէլեկտրիկները ունենբյուրեղային կառուցվածքը նման է նրանց հակապոդներին: Հազվագյուտ իրավիճակներում և նույնական միացություններով, բայց տարբեր ջերմաստիճաններում, առաջանում են երկու պիրոէլեկտրիկների փուլեր։

Ամենահայտնի հակաֆերոէլեկտրիկներն են NaNbO_3, NH₄H₂P0 4 _{և այլն: Նրանց թիվը զիջում է սովորական ֆերոէլեկտրիկների թվին:}