Ferroelektrik er Koncept, definition, egenskaber og anvendelse

2024 Forfatter: Angel Austin | [email protected]. Sidst ændret: 2023-12-17 05:21

Ferroelektrik er elementer med spontan elektrisk polarisering (SEP). Initiativtagerne til dens vending kan være anvendelser af det elektriske område E med passende parametre og retningsvektorer. Denne proces kaldes repolarisering. Det er nødvendigvis ledsaget af hysterese.

Fælles funktioner

Ferroelektrik er komponenter, der har:

1. Kolossal permittivitet.
2. Kraftfuldt piezo-modul.
3. Loop.

Brugen af ferroelektrik udføres i mange industrier. Her er nogle eksempler:

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

Ferroelektriske stoffer er faste stoffer, der ikke er metaller. Deres undersøgelse er mest effektiv, når deres tilstand er enkeltkrystal.

Lyse detaljer

Der er kun tre af disse elementer:

1. Reversibel polarisering.
2. Ikke-linearitet.
3. Anomale karakteristika.

Mange ferroelektriske apparater holder op med at være ferroelektriske, når de er itemperaturovergangsforhold. Sådanne parametre kaldes T_K. Stoffer opfører sig unorm alt. Deres dielektriske konstant udvikler sig hurtigt og når faste niveauer.

Klassificering

Hun er ret kompleks. Norm alt er dets nøgleaspekter designet af elementerne og teknologien til dannelse af SEP'et i kontakt med det under faseændringen. Her er der en opdeling i to typer:

1. Har en offset. Deres ioner skifter under fasebevægelse.
2. Orden er kaos. Under lignende forhold er dipolerne i den indledende fase ordnet i dem.

Disse arter har også underarter. Forstyrrede komponenter falder f.eks. i to kategorier: perovskitter og pseudo-ilmenitter.

Den anden type har en opdeling i tre klasser:

1. Kaliumdihydrogenphosphater (KDR) og alkalimetaller (f.eks. KH₂AsO₄ og KH_{2 PO}4 _).
2. Triglycinsulfater (THS): (NH₂CH₂COOH₃)× H ₂SO_4.
3. Flydende krystalkomponenter

Perovskites

Disse elementer findes i to formater:

1. monokrystallinsk.
2. Keramik.

De indeholder et oxygenoktaeder, som indeholder en Ti-ion med en valens på 4-5.

Når det paraelektriske stadie indtræffer, får krystallerne en kubisk struktur. Ioner som Ba og Cd er koncentreret i toppen. Og deres iltmodstykker er placeret i midten af ansigterne. Sådan er det dannetoktaeder.

Når titaniumioner ændres her, udføres SEP. Sådanne ferroelektriske stoffer kan skabe faste blandinger med formationer af en lignende struktur. For eksempel PbTiO₃-PbZrO₃ . Dette resulterer i keramik med passende egenskaber til enheder som varicondaer, piezo-aktuatorer, posistorer osv.

Pseudo-ilmenitter

De adskiller sig i romboedrisk konfiguration. Deres klare specificitet er høje Curie temperaturindikatorer.

De er også krystaller. Som regel bruges de i akustiske mekanismer på de øvre store bølger. Følgende enheder er kendetegnet ved deres tilstedeværelse:

- resonatorer;

- filtre med striber;

- højfrekvente akusto-optiske modulatorer;

- pyromodtagere.

De introduceres også i elektroniske og optiske ikke-lineære enheder.

KDR og TGS

Ferroelektrik af den første udpegede klasse har en struktur, der arrangerer protoner i brintkontakter. SEP opstår, når alle protonerne er i orden.

Elementer i denne kategori bruges i ikke-lineære optiske enheder og i elektrisk optik.

I ferroelektrik af den anden kategori er protoner ordnet på samme måde, kun dipoler dannes i nærheden af glycinmolekyler.

Komponenterne i denne gruppe bruges i begrænset omfang. Norm alt indeholder de pyromodtagere.

Liquid crystal views

De er karakteriseret ved tilstedeværelsen af polære molekyler arrangeret i rækkefølge. Her er de vigtigste kendetegn ved ferroelektrik tydeligt manifesteret.

Deres optiske kvaliteter påvirkes af temperaturen og vektoren af det ydre elektriske spektrum.

Baseret på disse faktorer er brugen af denne type ferroelektrik implementeret i optiske sensorer, monitorer, bannere osv.

Forskelle mellem de to klasser

Ferroelektrik er formationer med ioner eller dipoler. De har betydelige forskelle i deres egenskaber. Så de første komponenter opløses slet ikke i vand, men de har kraftig mekanisk styrke. De formes let i polykrystalformat, forudsat at det keramiske system betjenes.

Sidstnævnte opløses let i vand og har ubetydelig styrke. De tillader dannelsen af enkeltkrystaller af faste parametre fra vandige sammensætninger.

Domæner

De fleste egenskaber ved ferroelektrik afhænger af domæner. Således er skiftestrømparameteren tæt forbundet med deres adfærd. De findes både i enkeltkrystaller og i keramik.

Ferroelektriks domænestruktur er en sektor med makroskopiske dimensioner. I den har vektoren af vilkårlig polarisering ingen uoverensstemmelser. Og der er kun forskelle fra en lignende vektor i tilstødende sektorer.

Domæner adskiller vægge, der kan bevæge sig i det indre rum af en enkelt krystal. I dette tilfælde er der en stigning i nogle og et fald i andre domæner. Når der er en repolarisering, udvikler sektorerne sig på grund af forskydning af væggene eller lignende processer.

Ferroelektriske egenskaber,som er enkeltkrystaller, dannes baseret på symmetrien af krystalgitteret.

Den mest rentable energistruktur er kendetegnet ved, at domænegrænserne i den er elektrisk neutrale. Således projiceres polarisationsvektoren på grænsen af et bestemt domæne og er lig med dets længde. Samtidig er den modsat i retning af den identiske vektor fra siden af det nærmeste domæne.

Følgelig dannes de elektriske parametre for domænerne på basis af hoved-hale-skemaet. Lineære værdier af domæner bestemmes. De er i intervallet 10^-4-10^-1 se

Polarization

På grund af det eksterne elektriske felt ændres vektoren for domæners elektriske handlinger. Der opstår således en kraftig polarisering af ferroelektrik. Som et resultat når dielektricitetskonstanten enorme værdier.

Polariseringen af domæner forklares ved deres oprindelse og udvikling på grund af forskydningen af deres grænser.

Den angivne struktur af ferroelektriske komponenter forårsager en indirekte afhængighed af deres induktion af spændingsgraden af det eksterne felt. Når den er svag, er forholdet mellem sektorerne lineært. Der vises et afsnit, hvor domænegrænserne flyttes efter et reversibelt princip.

I zonen med magtfulde felter er en sådan proces irreversibel. Samtidig vokser de sektorer, for hvilke SEP-vektoren danner minimumsvinklen med feltvektoren. Og ved en vis spænding stiller alle domæner præcist op langs feltet. Teknisk mætning er ved at blive dannet.

Under sådanne forhold, når spændingen reduceres til nul, er der ingen lignende vending af induktion. Hun erfår den resterende D_r. Hvis det er påvirket af et felt med en modsat ladning, vil det hurtigt falde og ændre sin vektor.

Den efterfølgende udvikling af spænding fører igen til teknisk mætning. Således er afhængigheden af det ferroelektriske på polarisationsvending i varierende spektre angivet. Parallelt med denne proces opstår hysterese.

Intensiteten af området E_r, hvor induktion følger gennem nulværdien, er tvangskraften.

Hystereseproces

Med det flyttes domænegrænserne irreversibelt under indflydelse af feltet. Det betyder tilstedeværelsen af dielektriske tab på grund af energiomkostninger til arrangementet af domæner.

Der dannes en hystereseløkke.

Dens areal svarer til den energi, der bruges i det ferroelektriske i én cyklus. På grund af tab dannes tangenten af vinklen 0, 1 i den.

Hysteresesløjfer oprettes ved forskellige amplitudeværdier. Tilsammen danner deres toppe hovedpolarisationskurven.

Måleoperationer

Diellektricitetskonstanten for ferroelektrik af næsten alle klasser adskiller sig i faste værdier selv ved værdier langt fra T_K.

Dens måling er som følger: to elektroder påføres krystallen. Dens kapacitet bestemmes i et variabelt interval.

Ovenforindikatorer T_K permeabilitet har en vis termisk afhængighed. Dette kan beregnes ud fra Curie-Weiss-loven. Følgende formel virker her:

e=4pC / (T-Tc).

I den er C Curie-konstanten. Under overgangsværdier falder den hurtigt.

Bogstavet "e" i formlen betyder ikke-linearitet, som er til stede her i et ret snævert spektrum med en skiftende spænding. På grund af det og hysteresen afhænger permeabiliteten og volumen af det ferroelektriske materiale af driftstilstanden.

Typer af permeabilitet

Materiale under forskellige driftsbetingelser for en ikke-lineær komponent ændrer dens kvaliteter. Følgende typer permeabilitet bruges til at karakterisere dem:

1. Statistisk (e_st). For at beregne det, bruges hovedpolarisationskurven: e_st =D / (e₀E)=1 + P / (e 0_{E) » P / (e}0_E).
2. Omvendt (e_p). Betegner en ændring i polariseringen af det ferroelektriske i det variable område under parallel påvirkning af et stabilt felt.
3. Effektiv (e_ef). Beregnet ud fra den faktiske strøm I (antyder ikke-sinusformet type), der går i forbindelse med den ikke-lineære komponent. I dette tilfælde er der en aktiv spænding U og en vinkelfrekvens w. Formlen virker: e_ef ~ C_ef =I / (wU).
4. Initial. Det bestemmes i ekstremt svage spektre.

To hovedtyper af pyroelektrik

Dette er ferroelektriske og antiferroelektriske stoffer. De harder er BOT-sektorer - domæner.

I den første form danner ét domæne en depolariserende sfære omkring sig selv.

Når der oprettes mange domæner, falder det. Depolariseringsenergien falder også, men energien i sektorvæggene stiger. Processen er afsluttet, når disse indikatorer er i samme rækkefølge.

Hvad er opførselen af HSE, når ferroelektrik er i den ydre sfære, blev beskrevet ovenfor.

Antiferroelektrik - assimilering af mindst to undergitter placeret inde i hinanden. I hver er retningen af dipolfaktorerne parallel. Og deres fælles dipolindeks er 0.

I svage spektre er antiferroelektriske stoffer kendetegnet ved en lineær type polarisering. Men efterhånden som feltstyrken øges, kan de opnå ferroelektriske forhold. Feltparametre udvikler sig fra 0 til E_1. Polarisering vokser lineært. På den omvendte bevægelse bevæger hun sig allerede væk fra feltet - en løkke opnås

Når styrken af området E_{2 dannes, konverteres} ferroelektrisk til dets antipode.

Når du ændrer feltvektoren E, er situationen identisk. Det betyder, at kurven er symmetrisk.

Antiferroelektrisk, der overstiger Curie-mærket, får paraelektriske forhold.

Med den lavere tilgang til dette punkt når permeabiliteten et vist maksimum. Over det varierer det efter Curie-Weiss-formlen. Imidlertid er den absolutte permeabilitetsparameter på det angivne punkt ringere end den for ferroelektriske stoffer.

I mange tilfælde har antiferroelektrikkrystallinsk struktur beslægtet med deres antipoder. I sjældne situationer og med identiske forbindelser, men ved forskellige temperaturer, vises faser af begge pyroelektriske stoffer.

De mest berømte antiferroelektriske stoffer er NaNbO_3, NH₄H₂P0 4 _{osv. Deres antal er ringere end antallet af almindelige ferroelektriske apparater.}