Ferroelektrikk er Konsept, definisjon, egenskaper og anvendelse

2024 Forfatter: Angel Austin | [email protected]. Sist endret: 2023-12-17 05:37

Ferroelektrikk er elementer med spontan elektrisk polarisering (SEP). Initiativtakerne til reverseringen kan være anvendelser av det elektriske området E med passende parametere og retningsvektorer. Denne prosessen kalles repolarisering. Det er nødvendigvis ledsaget av hysterese.

Fellesfunksjoner

Ferroelektrikk er komponenter som har:

1. Kolossal permittivitet.
2. Kraftig piezomodul.
3. Loop.

Bruken av ferroelektrikk utføres i mange bransjer. Her er noen eksempler:

1. Radioteknikk.
2. Quantum electronics.
3. Måleteknologi.
4. Elektrisk akustikk.

Ferroelektrikk er faste stoffer som ikke er metaller. Studien deres er mest effektiv når tilstanden deres er enkeltkrystall.

Lyse detaljer

Det er bare tre av disse elementene:

1. Reversibel polarisering.
2. ikke-linearitet.
3. Anomale egenskaper.

Mange ferroelektriske slutter å være ferroelektriske når de er innetemperaturovergangsforhold. Slike parametere kalles T_K. Stoffer oppfører seg unorm alt. Deres dielektriske konstant utvikler seg raskt og når solide nivåer.

klassifisering

Hun er ganske kompleks. Vanligvis er dens nøkkelaspekter utformingen av elementene og teknologien for dannelse av SEP i kontakt med den under faseskifte. Her er det en inndeling i to typer:

1. Har en offset. Ionene deres skifter under fasebevegelse.
2. Orden er kaos. Under lignende forhold er dipolene til startfasen ordnet i dem.

Disse artene har også underarter. For eksempel faller partiske komponenter inn i to kategorier: perovskitter og pseudoilmenitter.

Den andre typen har en inndeling i tre klasser:

1. Kaliumdihydrogenfosfater (KDR) og alkalimetaller (f.eks. KH₂AsO₄ og KH_{2 PO}4 _).
2. Triglysinsulfater (THS): (NH₂CH₂COOH₃)× H ₂SO_4.
3. Flytende krystallkomponenter

Perovskites

Disse elementene finnes i to formater:

1. monokrystallinsk.
2. Ceramic.

De inneholder et oksygenoktaeder, som inneholder et Ti-ion med en valens på 4-5.

Når det paraelektriske stadiet inntreffer, får krystallene en kubisk struktur. Ioner som Ba og Cd er konsentrert på toppen. Og deres oksygenmotstykker er plassert i midten av ansiktene. Slik er det dannetoktaeder.

Når titanioner endres her, utføres SEP. Slike ferroelektriske stoffer kan lage faste blandinger med formasjoner av lignende struktur. For eksempel PbTiO₃-PbZrO₃ . Dette resulterer i keramikk med passende egenskaper for enheter som varicondaer, piezoaktuatorer, posistorer, etc.

Pseudo-ilmenitter

De er forskjellige i romboedrisk konfigurasjon. Deres klare spesifisitet er høye Curie-temperaturindikatorer.

De er også krystaller. Som regel brukes de i akustiske mekanismer på de øvre store bølgene. Følgende enheter er preget av deres tilstedeværelse:

- resonatorer;

- filtre med striper;

- høyfrekvente akusto-optiske modulatorer;

- pyromottakere.

De er også introdusert i elektroniske og optiske ikke-lineære enheter.

KDR og TGS

Ferroelektrikk av den første utpekte klassen har en struktur som arrangerer protoner i hydrogenkontakter. SEP oppstår når alle protonene er i orden.

Elementer i denne kategorien brukes i ikke-lineære optiske enheter og i elektrisk optikk.

I ferroelektrikk i den andre kategorien er protoner ordnet på samme måte, bare dipoler dannes nær glycinmolekyler.

Komponentene i denne gruppen brukes i begrenset grad. Vanligvis inneholder de pyromottakere.

Liquid crystal views

De er preget av tilstedeværelsen av polare molekyler ordnet i rekkefølge. Her er hovedspesifikasjonene til ferroelektrikk tydelig manifestert.

Deres optiske kvaliteter påvirkes av temperaturen og vektoren til det ytre elektriske spekteret.

Basert på disse faktorene er bruken av ferroelektrikk av denne typen implementert i optiske sensorer, monitorer, bannere osv.

Forskjeller mellom de to klassene

Ferroelektrikk er formasjoner med ioner eller dipoler. De har betydelige forskjeller i egenskapene deres. Så de første komponentene oppløses ikke i vann i det hele tatt, men de har kraftig mekanisk styrke. De formes enkelt i polykrystallformat forutsatt at det keramiske systemet betjenes.

Sistnevnte løses lett opp i vann og har ubetydelig styrke. De tillater dannelse av enkeltkrystaller av faste parametre fra vandige sammensetninger.

Domener

De fleste egenskapene til ferroelektrikk avhenger av domener. Dermed er byttestrømparameteren nært knyttet til deres oppførsel. De finnes både i enkeltkrystaller og i keramikk.

Domenestrukturen til ferroelektrikk er en sektor med makroskopiske dimensjoner. I den har vektoren for vilkårlig polarisering ingen avvik. Og det er bare forskjeller fra en lignende vektor i nærliggende sektorer.

Domener skiller vegger som kan bevege seg i det indre rommet til en enkelt krystall. I dette tilfellet er det en økning i noen og en nedgang i andre domener. Når det skjer en repolarisering, utvikler sektorene seg på grunn av forskyvning av veggene eller lignende prosesser.

Elektriske egenskaper til ferroelektrikk,som er enkeltkrystaller, dannes basert på symmetrien til krystallgitteret.

Den mest lønnsomme energistrukturen er preget av at domenegrensene i den er elektrisk nøytrale. Dermed projiseres polarisasjonsvektoren på grensen til et bestemt domene og er lik lengden. Samtidig er den motsatt i retning av den identiske vektoren fra siden av nærmeste domene.

Følgelig dannes de elektriske parameterne til domenene på grunnlag av head-tail-skjemaet. Lineære verdier for domener bestemmes. De er i området 10^-4-10^-1 se

Polarization

På grunn av det eksterne elektriske feltet endres vektoren for elektriske handlinger til domener. Dermed oppstår en kraftig polarisering av ferroelektrikk. Som et resultat når den dielektriske konstanten enorme verdier.

Polariseringen av domener forklares av deres opprinnelse og utvikling på grunn av forskyvning av grensene deres.

Den indikerte strukturen til ferroelektrikk forårsaker en indirekte avhengighet av deres induksjon av spenningsgraden til det eksterne feltet. Når den er svak, er forholdet mellom sektorene lineært. En seksjon vises der domenegrensene forskyves i henhold til et reversibelt prinsipp.

I sonen med kraftige felt er en slik prosess irreversibel. Samtidig vokser sektorene som SEP-vektoren danner minimumsvinkelen med feltvektoren for. Og ved en viss spenning stiller alle domener nøyaktig opp langs feltet. Teknisk metning dannes.

Under slike forhold, når spenningen reduseres til null, er det ingen lignende reversering av induksjon. Hun erfår gjenværende D_r. Hvis den påvirkes av et felt med motsatt ladning, vil den raskt avta og endre vektoren sin.

Den påfølgende utviklingen av spenning fører igjen til teknisk metning. Dermed er det ferroelektriskes avhengighet av polarisasjonsreversering i varierende spektre angitt. Parallelt med denne prosessen oppstår hysterese.

Intensiteten til området E_r, hvor induksjon følger gjennom nullverdien, er tvangskraften.

Hystereseprosess

Med det blir domenegrensene irreversibelt forskjøvet under påvirkning av feltet. Det betyr tilstedeværelsen av dielektriske tap på grunn av energikostnader for arrangementet av domener.

En hystereseløkke dannes her.

Området tilsvarer energien som brukes i det ferroelektriske i en syklus. På grunn av tap dannes tangenten til vinkelen 0, 1 i den.

Hysterese-løkker lages med forskjellige amplitudeverdier. Sammen danner toppene hovedpolarisasjonskurven.

Måleoperasjoner

Dielektrisitetskonstanten til ferroelektriske stoffer av nesten alle klasser er forskjellig i solide verdier selv ved verdier langt fra T_K.

Målingen er som følger: to elektroder påføres krystallen. Kapasiteten bestemmes i et variabelt område.

Ovenforindikatorer T_K permeabilitet har en viss termisk avhengighet. Dette kan beregnes basert på Curie-Weiss-loven. Følgende formel fungerer her:

e=4pC / (T-Tc).

I den er C Curie-konstanten. Under overgangsverdier faller den raskt.

Bokstaven "e" i formelen betyr ikke-linearitet, som her er tilstede i et ganske sm alt spektrum med skiftende spenning. På grunn av det og hysteresen, er permeabiliteten og volumet til det ferroelektriske materialet avhengig av driftsmodusen.

Typer permeabilitet

Material under forskjellige driftsforhold for en ikke-lineær komponent endrer kvalitetene. Følgende typer permeabilitet brukes til å karakterisere dem:

1. Statistical (e_st). For å beregne den, brukes hovedpolarisasjonskurven: e_st =D / (e₀E)=1 + P / (e 0_{E) » P / (e}0_E).
2. Omvendt (e_p). Betegner en endring i polarisasjonen av det ferroelektriske i det variable området under parallell påvirkning av et stabilt felt.
3. Effektiv (e_ef). Beregnet fra den faktiske strømmen I (antyder ikke-sinusformet type) som går i forbindelse med den ikke-lineære komponenten. I dette tilfellet er det en aktiv spenning U og en vinkelfrekvens w. Formelen fungerer: e_ef ~ C_ef =I / (wU).
4. Initial. Det bestemmes i ekstremt svake spektra.

To hovedtyper pyroelektrikk

Dette er ferroelektriske og antiferroelektriske. De hardet er BOT-sektorer – domener.

I den første formen danner ett domene en depolariserende sfære rundt seg selv.

Når mange domener opprettes, reduseres det. Depolarisasjonsenergien avtar også, men energien til sektorveggene øker. Prosessen er fullført når disse indikatorene er i samme rekkefølge.

Hva er oppførselen til HMS når ferroelektrikk er i den ytre sfæren, ble beskrevet ovenfor.

Antiferroelektrikk - assimilering av minst to undergitter plassert inne i hverandre. I hver er retningen til dipolfaktorene parallell. Og deres vanlige dipolindeks er 0, I svake spektre kjennetegnes antiferroelektriske stoffer ved en lineær type polarisering. Men når feltstyrken øker, kan de få ferroelektriske forhold. Feltparametere utvikler seg fra 0 til E_1. Polarisering vokser lineært. På den omvendte bevegelsen beveger hun seg allerede bort fra feltet - en løkke oppnås

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

Når du endrer feltvektoren E, er situasjonen identisk. Dette betyr at kurven er symmetrisk.

Antiferroelektrisk, som overstiger Curie-merket, får paraelektriske forhold.

Med den lavere tilnærmingen til dette punktet, når permeabiliteten et visst maksimum. Over den varierer den i henhold til Curie-Weiss-formelen. Imidlertid er den absolutte permeabilitetsparameteren ved det angitte punktet dårligere enn den for ferroelektrisk.

I mange tilfeller har antiferroelektrikkkrystallinsk struktur som ligner deres antipoder. I sjeldne situasjoner og med identiske forbindelser, men ved forskjellige temperaturer, vises faser av begge pyroelektriske elementene.

De mest kjente antiferroelektriske stoffene er NaNbO_3, NH₄H₂P0 4 _{osv. Antallet deres er lavere enn antallet vanlige ferroelektriske apparater.}