Ferroelektrikler, kendiliğinden elektrik polarizasyonuna (SEP) sahip elementlerdir. Bunun tersine çevrilmesinin başlatıcıları, uygun parametreler ve yön vektörleri ile elektriksel E aralığının uygulamaları olabilir. Bu sürece repolarizasyon denir. Mutlaka histerezis eşlik eder.
Ortak özellikler
Ferroelektrikler şu özelliklere sahip bileşenlerdir:
- Devasa geçirgenlik.
- Güçlü piezo modülü.
- Döngü.
Ferroelektriklerin kullanımı birçok endüstride gerçekleştirilmektedir. İşte bazı örnekler:
- Radyo mühendisliği.
- Kuantum elektroniği.
- Ölçüm teknolojisi.
- Elektrik akustiği.
Ferroelektrikler, metal olmayan katılardır. Çalışmaları, durumları tek kristal olduğunda en etkilidir.
Parlak özellikler
Bu öğelerden yalnızca üç tanesi vardır:
- Tersinir polarizasyon.
- Doğrusal olmama.
- Anormal özellikler.
Birçok ferroelektrik, içinde olduklarında ferroelektrik olmaktan çıkar.sıcaklık geçiş koşulları. Bu tür parametrelere TK denir. Maddeler anormal davranır. Dielektrik sabitleri hızla gelişir ve katı seviyelere ulaşır.
Sınıflandırma
O oldukça karmaşık. Genellikle kilit yönleri, aşamaların değişimi sırasında onunla temas halinde olan unsurların tasarımı ve SEP'in oluşum teknolojisidir. Burada iki türe ayrılmıştır:
- Bir ofset olması. İyonları faz hareketi sırasında değişir.
- Düzen kaostur. Benzer koşullar altında, başlangıç fazının dipolleri içlerinde sıralanır.
Bu türlerin de alt türleri vardır. Örneğin, taraflı bileşenler iki kategoriye ayrılır: perovskitler ve sözde ilmenitler.
İkinci tür üç sınıfa ayrılır:
- Potasyum dihidrojen fosfatlar (KDR) ve alkali metaller (ör. KH2AsO4 ve KH2 PO4 ).
- Triglisin sülfatlar (THS): (NH2CH2COOH3)× H 2SO4.
- Sıvı kristal bileşenler
Perovskites
Bu öğeler iki biçimde bulunur:
- Tek kristal.
- Seramik.
Valans değeri 4-5 olan bir Ti iyonu içeren bir oksijen oktahedronu içerirler.
Paraelektrik aşama meydana geldiğinde, kristaller kübik bir yapı kazanır. Ba ve Cd gibi iyonlar tepede yoğunlaşmıştır. Ve oksijen karşılıkları yüzlerin ortasına yerleştirilmiştir. böyle oluşuroktahedron.
Titanyum iyonları burada değiştiğinde SEP gerçekleştirilir. Bu tür ferroelektrikler, benzer bir yapıya sahip oluşumlarla katı karışımlar oluşturabilir. Örneğin, PbTiO3-PbZrO3 . Bu, varikondalar, piezo aktüatörler, konumlayıcılar vb. gibi cihazlar için uygun özelliklere sahip seramiklerle sonuçlanır.
Sahte-ilmenitler
Rhombohedral konfigürasyonda farklılık gösterirler. Parlak özgüllükleri yüksek Curie sıcaklık göstergeleridir.
Onlar da kristaldir. Kural olarak, üst büyük dalgalarda akustik mekanizmalarda kullanılırlar. Aşağıdaki cihazlar, varlıklarıyla karakterize edilir:
- rezonatörler;
- çizgili filtreler;
- yüksek frekanslı akustik-optik modülatörler;
- piro alıcıları.
Ayrıca elektronik ve optik doğrusal olmayan cihazlara da tanıtıldılar.
KDR ve TGS
İlk belirlenen sınıfın ferroelektrikleri, hidrojen kontaklarındaki protonları düzenleyen bir yapıya sahiptir. SEP, tüm protonlar sırayla olduğunda meydana gelir.
Bu kategorinin elemanları doğrusal olmayan optik cihazlarda ve elektrik optiklerinde kullanılır.
İkinci kategorideki ferroelektriklerde, protonlar benzer şekilde sıralanır, glisin moleküllerinin yanında sadece dipoller oluşur.
Bu grubun bileşenleri sınırlı bir ölçüde kullanılmaktadır. Genellikle piro alıcıları içerirler.
Sıvı kristal görünümler
Sırayla düzenlenmiş polar moleküllerin varlığı ile karakterize edilirler. Burada, ferroelektriklerin ana özellikleri açıkça ortaya çıkıyor.
Optik nitelikleri sıcaklıktan ve dış elektrik spektrumunun vektöründen etkilenir.
Bu faktörlere dayalı olarak, bu tür ferroelektriklerin kullanımı optik sensörlerde, monitörlerde, afişlerde vb. uygulanmaktadır.
İki sınıf arasındaki farklar
Ferroelektrikler, iyon veya dipol içeren oluşumlardır. Özelliklerinde önemli farklılıkları vardır. Bu nedenle, ilk bileşenler suda hiç çözülmez, ancak güçlü mekanik mukavemete sahiptirler. Seramik sistemin çalıştırılması şartıyla polikristal formatta kolayca şekillendirilirler.
İkincisi suda kolayca çözünür ve ihmal edilebilir bir güce sahiptir. Sulu bileşimlerden katı parametrelerin tek kristallerinin oluşmasına izin verirler.
Etki Alanları
Ferroelektriklerin çoğu özelliği alanlara bağlıdır. Bu nedenle, anahtarlama akımı parametresi davranışlarıyla yakından ilişkilidir. Hem tek kristallerde hem de seramiklerde bulunurlar.
Ferroelektriklerin etki alanı yapısı, makroskopik boyutlarda bir sektördür. İçinde, keyfi polarizasyon vektörünün tutarsızlıkları yoktur. Ve sadece komşu sektörlerdeki benzer bir vektörden farklılıklar vardır.
Etki alanları, tek bir kristalin iç alanında hareket edebilen duvarları ayırır. Bu durumda bazı alanlarda artış, bazılarında ise azalma olmaktadır. Bir repolarizasyon olduğunda, duvarların yer değiştirmesi veya benzeri süreçler nedeniyle sektörler gelişir.
Ferroelektriklerin elektriksel özellikleri,tek kristaller, kristal kafesin simetrisine göre oluşturulur.
En karlı enerji yapısı, içindeki alan sınırlarının elektriksel olarak nötr olmasıyla karakterize edilir. Böylece, polarizasyon vektörü belirli bir alanın sınırına yansıtılır ve uzunluğuna eşittir. Aynı zamanda, en yakın etki alanının yanından özdeş vektörün yönünün tersidir.
Sonuç olarak, alanların elektriksel parametreleri baş-kuyruk şeması temelinde oluşturulur. Domainlerin lineer değerleri belirlenir. 10-4-10-1 gör
aralığındalar
Polarizasyon
Dış elektrik alanı nedeniyle, alanların elektriksel hareketlerinin vektörü değişir. Böylece, ferroelektriklerin güçlü bir polarizasyonu ortaya çıkar. Sonuç olarak, dielektrik sabiti çok büyük değerlere ulaşır.
Alanların kutuplaşması, sınırlarının değişmesi nedeniyle kökenleri ve gelişimleri ile açıklanır.
Ferroelektriklerin belirtilen yapısı, indüksiyonlarının dış alanın voltaj derecesine dolaylı bir bağımlılığına neden olur. Zayıf olduğunda sektörler arasındaki ilişki doğrusaldır. Alan sınırlarının tersinir bir ilkeye göre kaydırıldığı bir bölüm görünür.
Güçlü alanlar bölgesinde, böyle bir süreç geri döndürülemez. Aynı zamanda, SEP vektörünün alan vektörü ile minimum açı oluşturduğu sektörler büyür. Ve belirli bir gerilimde, tüm alanlar tam olarak alan boyunca sıralanır. Teknik doygunluk oluşuyor.
Bu koşullar altında, gerilim sıfıra düşürüldüğünde, indüksiyonun benzer bir şekilde tersine çevrilmesi yoktur. Okalan Dr alır. Zıt yüklü bir alandan etkilenirse hızla azalır ve vektörünü değiştirir.
Gerginliğin sonraki gelişimi yine teknik doygunluğa yol açar. Böylece, değişen spektrumlarda ferroelektriğin polarizasyonun tersine çevrilmesine bağımlılığı gösterilir. Bu işleme paralel olarak histerezis oluşur.
Endüksiyonun sıfır değerinden geçtiği Er aralığının yoğunluğu, zorlayıcı kuvvettir.
Histerezis süreci
Bununla, alan sınırları alanın etkisi altında geri döndürülemez bir şekilde kaydırılır. Alanların düzenlenmesi için enerji maliyetleri nedeniyle dielektrik kayıplarının varlığı anlamına gelir.
Burada bir histerezis döngüsü oluşur.
Alanı, ferroelektrikte bir çevrimde harcanan enerjiye karşılık gelir. Kayıplar nedeniyle, içinde 0, 1 açısının tanjantı oluşur.
Histerezis döngüleri farklı genlik değerlerinde oluşturulur. Zirveleri birlikte ana polarizasyon eğrisini oluşturur.
Ölçüm işlemleri
Neredeyse tüm sınıflardaki ferroelektriklerin dielektrik sabiti, TK'dan uzak değerlerde bile katı değerlerde farklılık gösterir.
Ölçümü şu şekildedir: kristale iki elektrot uygulanır. Kapasitesi değişken bir aralıkta belirlenir.
Yukarıdagöstergeler TK geçirgenliğin belirli bir termal bağımlılığı vardır. Bu, Curie-Weiss yasasına göre hesaplanabilir. Aşağıdaki formül burada çalışır:
e=4pC / (T-Tc).
İçinde, C Curie sabitidir. Geçiş değerlerinin altına hızla düşüyor.
Formüldeki "e" harfi, burada oldukça dar bir spektrumda değişen bir voltaj ile mevcut olan doğrusal olmama anlamına gelir. Bu ve histerezis nedeniyle, ferroelektriğin geçirgenliği ve hacmi çalışma moduna bağlıdır.
Geçirgenlik türleri
Doğrusal olmayan bir bileşenin farklı çalışma koşulları altındaki malzeme niteliklerini değiştirir. Bunları karakterize etmek için aşağıdaki geçirgenlik türleri kullanılır:
- İstatistiksel (est). Hesaplamak için ana polarizasyon eğrisi kullanılır: est =D / (e0E)=1 + P / (e 0E) » P / (e0E).
- Ters (ep). Sabit bir alanın paralel etkisi altında değişken aralıkta ferroelektrik polarizasyonundaki bir değişikliği belirtir.
- Etkili (eef). Doğrusal olmayan bileşenle birlikte giden gerçek akım I'den (sinüzoidal olmayan tip anlamına gelir) hesaplanır. Bu durumda, aktif bir U gerilimi ve bir açısal frekans w vardır. Formül çalışır: eef ~ Cef =I / (wU).
- İlk harf. Son derece zayıf spektrumlarda belirlenir.
İki ana piroelektrik türü
Bunlar ferroelektrikler ve antiferroelektriklerdir. Onlar sahipYİD sektörleri var - etki alanları.
İlk formda, bir alan kendi etrafında depolarize edici bir küre oluşturur.
Birçok alan oluşturulduğunda azalır. Depolarizasyon enerjisi de azalır, ancak sektör duvarlarının enerjisi artar. Bu göstergeler aynı sırada olduğunda işlem tamamlanır.
Ferroelektrikler dış küredeyken HSE'nin davranışı nedir, yukarıda açıklanmıştır.
Antiferroelektrik - iç içe yerleştirilmiş en az iki alt kafesin özümsenmesi. Her birinde, dipol faktörlerinin yönü paraleldir. Ve ortak dipol indeksleri 0.
Zayıf spektrumda, antiferroelektrikler doğrusal bir polarizasyon türü ile ayırt edilir. Ancak alan kuvveti arttıkça ferroelektrik koşullar elde edebilirler. Alan parametreleri 0'dan E1'e kadar gelişir. Polarizasyon doğrusal olarak büyür. Ters harekette, zaten alandan uzaklaşıyor - bir döngü elde ediliyor.
E2 aralığının gücü oluşturulduğunda, ferroelektrik antipoduna dönüştürülür.
E alan vektörünü değiştirirken durum aynıdır. Bu, eğrinin simetrik olduğu anlamına gelir.
Curie işaretini aşan antiferroelektrik, paraelektrik koşullar elde eder.
Bu noktaya daha düşük yaklaşma ile geçirgenlik belirli bir maksimuma ulaşır. Üstünde ise Curie-Weiss formülüne göre değişir. Bununla birlikte, belirtilen noktadaki mutlak geçirgenlik parametresi, ferroelektriklerinkinden daha düşüktür.
Çoğu durumda, antiferroelektriklerantipodlarına benzer kristal yapı. Nadir durumlarda ve aynı bileşiklerle, ancak farklı sıcaklıklarda, her iki piroelektriğin fazları ortaya çıkar.
En ünlü antiferroelektrikler NaNbO3, NH4H2P0 4 vb. Sayıları yaygın ferroelektriklerin sayısından daha düşüktür.
