Ferroelektriniai elementai yra spontaniškos elektrinės poliarizacijos (SEP) elementai. Jo apsisukimo iniciatoriai gali būti elektros diapazono E programos su atitinkamais parametrais ir krypties vektoriais. Šis procesas vadinamas repoliarizacija. Ją būtinai lydi isterezė.
Bendrosios savybės
Ferroelectrics yra komponentai, kurie turi:
- Didžiulis pralaidumas.
- Galingas pjezo modulis.
- Cilpa.
Feroelektriniai elementai naudojami daugelyje pramonės šakų. Štai keli pavyzdžiai:
- Radijo inžinerija.
- Kvantinė elektronika.
- Matavimo technologija.
- Elektrinė akustika.
Ferroelektriniai elementai yra kietosios medžiagos, kurios nėra metalai. Jų tyrimas yra veiksmingiausias, kai jų būsena yra vieno kristalo.
Ryškios specifikos
Šių elementų yra tik trys:
- Reversinė poliarizacija.
- Netiesiškumas.
- Anomalios savybės.
Daugelis feroelektrinių elementų nustoja būti feroelektriniais, kai yratemperatūros perėjimo sąlygos. Tokie parametrai vadinami TK. Medžiagos elgiasi neįprastai. Jų dielektrinė konstanta greitai vystosi ir pasiekia kietą lygį.
Klasifikacija
Ji gana sudėtinga. Paprastai pagrindiniai jo aspektai yra elementų konstrukcija ir SEP, besiliečiančio su juo, formavimo technologija keičiantis fazėms. Čia yra suskirstymas į du tipus:
- Turinti kompensaciją. Jų jonai pasislenka fazės judėjimo metu.
- Tvarka yra chaosas. Esant panašioms sąlygoms, juose išdėstyti pradinės fazės dipoliai.
Šios rūšys taip pat turi porūšių. Pavyzdžiui, šališki komponentai skirstomi į dvi kategorijas: perovskitus ir pseudoilmenitus.
Antrasis tipas skirstomas į tris klases:
- Kalio divandenilio fosfatai (KDR) ir šarminiai metalai (pvz., KH2AsO4 ir KH2 PO4 ).
- Triglicino sulfatai (THS): (NH2CH2COOH3)× H 2SO4.
- Skystųjų kristalų komponentai
Perovskitai
Šie elementai egzistuoja dviem formatais:
- Monokristalinis.
- Keramika.
Juose yra deguonies oktaedras, kuriame yra Ti jonas, kurio valentingumas yra 4-5.
Kai atsiranda paraelektrinė stadija, kristalai įgauna kubinę struktūrą. Viršuje koncentruojasi tokie jonai kaip Ba ir Cd. O jų deguonies atitikmenys yra veidų viduryje. Taip jis susidarooktaedras.
Kai čia keičiasi titano jonai, atliekamas SEP. Tokie feroelektrikai gali sukurti kietus mišinius su panašios struktūros dariniais. Pavyzdžiui, PbTiO3-PbZrO3 . Taip gaunama keramika, kurios charakteristikos yra tinkamos tokiems įrenginiams kaip varikonos, pjezo pavaros, pozistoriai ir kt.
Pseudoilmenitai
Jie skiriasi romboedrine konfigūracija. Jų ryškus specifiškumas yra aukšti Curie temperatūros indikatoriai.
Jie taip pat yra kristalai. Paprastai jie naudojami akustiniuose mechanizmuose ant viršutinių didelių bangų. Šie įrenginiai pasižymi savo buvimu:
- rezonatoriai;
- filtrai su juostelėmis;
- aukšto dažnio akustiniai-optiniai moduliatoriai;
- piro imtuvai.
Jie taip pat naudojami elektroniniuose ir optiniuose nelinijiniuose įrenginiuose.
KDR ir TGS
Pirmosios nurodytos klasės feroelektriniai elementai turi struktūrą, kuri sutvarko protonus vandenilio kontaktuose. SEP įvyksta, kai visi protonai yra tvarkingi.
Šios kategorijos elementai naudojami nelinijiniuose optiniuose įrenginiuose ir elektrinėje optikoje.
Antros kategorijos feroelektrikuose protonai išdėstomi panašiai, tik prie glicino molekulių susidaro dipoliai.
Šios grupės komponentai naudojami ribotai. Paprastai juose yra piro imtuvai.
Skystųjų kristalų vaizdai
Jiems būdingos eilės tvarka išsidėsčiusios polinės molekulės. Čia aiškiai išryškėja pagrindinė feroelektrikų specifika.
Jų optines savybes veikia temperatūra ir išorinio elektrinio spektro vektorius.
Atsižvelgiant į šiuos veiksnius, tokio tipo feroelektriniai elementai naudojami optiniuose jutikliuose, monitoriuose, reklamjuostėse ir kt.
Dviejų klasių skirtumai
Ferroelektrikai yra dariniai su jonais arba dipoliais. Jie turi reikšmingų savybių skirtumų. Taigi, pirmieji komponentai visiškai netirpsta vandenyje, tačiau turi galingą mechaninį stiprumą. Jie lengvai formuojami polikristaliniu formatu, jei naudojama keramikinė sistema.
Pastarosios lengvai ištirpsta vandenyje ir yra nereikšmingos. Jie leidžia iš vandeninių kompozicijų susidaryti kietų parametrų pavieniams kristalams.
Domenai
Dauguma feroelektrikų charakteristikų priklauso nuo sričių. Taigi perjungimo srovės parametras yra glaudžiai susijęs su jų elgesiu. Jų yra ir pavieniuose kristaluose, ir keramikoje.
Feroelektrikų srities struktūra yra makroskopinių matmenų sektorius. Jame savavališkos poliarizacijos vektorius neturi neatitikimų. Ir yra tik skirtumų nuo panašaus vektoriaus gretimuose sektoriuose.
Domenai atskiros sienos, kurios gali judėti vidinėje vieno kristalo erdvėje. Šiuo atveju kai kuriose srityse didėja, o kitose mažėja. Kai vyksta repoliarizacija, sektoriai vystosi dėl sienų pasislinkimo ar panašių procesų.
Feroelektrinių medžiagų elektrinės savybės,kurie yra pavieniai kristalai, susidaro remiantis kristalinės gardelės simetrija.
Pelningiausia energijos struktūra pasižymi tuo, kad joje esančios srities ribos yra elektriškai neutralios. Taigi poliarizacijos vektorius projektuojamas ant tam tikros srities ribos ir yra lygus jo ilgiui. Tuo pačiu metu ji yra priešinga kryptimi identiškam vektoriui iš artimiausios srities pusės.
Todėl domenų elektriniai parametrai formuojami pagal galvos ir uodegos schemą. Nustatomos linijinės domenų reikšmės. Jie yra diapazone 10-4-10-1 žr.
Poliarizacija
Dėl išorinio elektrinio lauko keičiasi sričių elektrinių veiksmų vektorius. Taigi atsiranda galinga feroelektrikų poliarizacija. Dėl to dielektrinė konstanta pasiekia didžiules reikšmes.
Domenų poliarizacija paaiškinama jų kilme ir raida dėl jų ribų pasislinkimo.
Nurodyta feroelektrikų struktūra sukelia jų indukcijos netiesioginę priklausomybę nuo išorinio lauko įtampos laipsnio. Kai jis silpnas, ryšys tarp sektorių yra tiesinis. Pasirodo skyrius, kuriame domeno ribos perkeliamos pagal grįžtamąjį principą.
Galingų laukų zonoje toks procesas yra negrįžtamas. Tuo pačiu metu auga sektoriai, kuriems SEP vektorius sudaro mažiausią kampą su lauko vektoriumi. Ir esant tam tikrai įtampai, visi domenai išsirikiuoja tiksliai išilgai lauko. Formuojamas techninis prisotinimas.
Tokiomis sąlygomis, kai įtampa sumažinama iki nulio, panašaus indukcijos pasikeitimo nėra. Ji yragauna likutinį Dr. Jei jį paveiks laukas su priešingu krūviu, jis greitai mažės ir pakeis savo vektorių.
Vėliau kylanti įtampa vėl veda prie techninio prisotinimo. Taigi žymima feroelektro priklausomybė nuo poliarizacijos apsisukimo įvairiuose spektruose. Lygiagrečiai su šiuo procesu vyksta histerezė.
diapazono Er, , kai indukcija tęsiasi per nulinę reikšmę, intensyvumas yra priverstinė jėga.
Histerezės procesas
Su juo domeno ribos negrįžtamai pasislenka veikiant laukui. Tai reiškia dielektrinių nuostolių buvimą, atsirandantį dėl energijos sąnaudų, skirtų sričių išdėstymui.
Čia susidaro histerezės kilpa.
Jo plotas atitinka feroelektrikoje per vieną ciklą sunaudotą energiją. Dėl nuostolių jame susidaro kampo liestinė 0, 1.
Histerezės kilpos sukuriamos skirtingomis amplitudės reikšmėmis. Kartu jų smailės sudaro pagrindinę poliarizacijos kreivę.
Matavimo operacijos
Beveik visų klasių feroelektrikų dielektrinė konstanta skiriasi kietosiomis vertėmis net esant toli nuo TK.
Jo matavimas yra toks: ant kristalo uždedami du elektrodai. Jo talpa nustatoma kintamame diapazone.
Aukščiaurodikliai TK pralaidumas turi tam tikrą šiluminę priklausomybę. Tai galima apskaičiuoti remiantis Curie-Weiss įstatymu. Čia veikia ši formulė:
e=4 pC / (T-Tc).
Joje C yra Curie konstanta. Žemiau pereinamųjų verčių, jis greitai krenta.
Raidė „e“formulėje reiškia netiesiškumą, kuris čia yra gana siaurame spektre su kintančia įtampa. Dėl jo ir histerezės feroelektrinio pralaidumas ir tūris priklauso nuo darbo režimo.
Pralaidumo tipai
Medžiaga skirtingomis netiesinio komponento veikimo sąlygomis keičia savo savybes. Jiems apibūdinti naudojami šie pralaidumo tipai:
- Statistinė (est). Jam apskaičiuoti naudojama pagrindinė poliarizacijos kreivė: est =D / (e0E)=1 + P / (e 0E) » P / (e0E).
- Atvirkščiai (ep). Žymi feroelektro poliarizacijos pokytį kintamajame diapazone, veikiant lygiagrečiai stabiliam laukui.
- Veiksmingas (eef). Apskaičiuota pagal faktinę srovę I (reiškia nesinusinį tipą), einančią kartu su netiesine komponente. Šiuo atveju yra aktyvioji įtampa U ir kampinis dažnis w. Formulė veikia: eef ~ Cef =I / (wU).
- Pradinis. Jis nustatomas itin silpnuose spektruose.
Du pagrindiniai piroelektros tipai
Tai feroelektrikai ir antiferoelektrikai. Jie turiyra BOT sektoriai – domenai.
Pirmoje formoje vienas domenas sudaro aplink save depoliarizuojančią sferą.
Kai sukuriama daug domenų, jų mažėja. Depoliarizacijos energija taip pat mažėja, tačiau sektoriaus sienelių energija didėja. Procesas baigiamas, kai šie rodikliai yra ta pačia tvarka.
Kaip elgiasi HSE, kai feroelektriniai elementai yra išorinėje sferoje, buvo aprašyta aukščiau.
Antiferroelektrika – bent dviejų viena kitos viduje esančių subgardelių asimiliacija. Kiekviename iš jų dipolio faktorių kryptis yra lygiagreti. Ir jų bendras dipolio indeksas yra 0.
Silpnuose spektruose antiferoelektrikai išsiskiria tiesiniu poliarizacijos tipu. Tačiau didėjant lauko stiprumui, jie gali įgyti feroelektrines sąlygas. Lauko parametrai vystosi nuo 0 iki E1. Poliarizacija auga tiesiškai. Atbuline eiga ji jau tolsta nuo lauko – gaunama kilpa.
Kai susidaro diapazono E2 stiprumas, feroelektrinis paverčiamas jo antipodu.
Keičiant lauko vektorių E, situacija yra identiška. Tai reiškia, kad kreivė yra simetriška.
Antiferroelectric, viršijanti Curie ženklą, įgyja paraelektrines sąlygas.
Suartėjus iki šio taško, pralaidumas pasiekia tam tikrą maksimumą. Virš jo jis kinta pagal Curie-Weiss formulę. Tačiau absoliutus pralaidumo parametras nurodytame taške yra mažesnis nei feroelektrikų.
Daugeliu atvejų antiferoelektrikai turikristalinė struktūra, panaši į jų antipodus. Retais atvejais ir naudojant identiškus junginius, bet esant skirtingoms temperatūroms, atsiranda abiejų piroelektrų fazės.
Žymiausi antiferroelektrikai yra NaNbO3, NH4H2P0 4 irtt. Jų skaičius yra mažesnis nei įprastų feroelektrikų.
