Ferroelectrics ovat Käsite, määritelmä, ominaisuudet ja sovellus

2024 Kirjoittaja: Angel Austin | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-17 05:25

Ferrosähköiset ovat elementtejä, joilla on spontaani sähköpolarisaatio (SEP). Kääntymisen alullepanijoita voivat olla sähköisen alueen E sovellukset sopivilla parametreilla ja suuntavektoreilla. Tätä prosessia kutsutaan repolarisaatioksi. Siihen liittyy välttämättä hystereesi.

Yleiset ominaisuudet

Ferroelectrics ovat komponentteja, joissa on:

Kolossaali permittiivisyys.
Tehokas pietsomoduuli.
silmukka.

Ferrosähköisiä käytetään monilla teollisuudenaloilla. Tässä muutamia esimerkkejä:

Radiotekniikka.
Kvanttielektroniikka.
Mittaustekniikka.
Sähköakustiikka.

Ferrosähköiset ovat kiinteitä aineita, jotka eivät ole metalleja. Heidän tutkimuksensa on tehokkainta, kun niiden tila on yksikide.

Kirkkaat yksityiskohdat

Näistä elementeistä on vain kolme:

Kääntyvä polarisaatio.
Epälineaarisuus.
Epänormaalit ominaisuudet.

Monet ferrosähköiset laitteet lakkaavat olemasta ferrosähköisiä, kun ne ovatlämpötilan siirtymäolosuhteet. Tällaisia parametreja kutsutaan nimellä T_K. Aineet käyttäytyvät epänormaalisti. Niiden dielektrisyysvakio kehittyy nopeasti ja saavuttaa kiinteän tason.

Luokittelu

Hän on melko monimutkainen. Yleensä sen keskeisiä näkökohtia ovat elementtien suunnittelu ja sen kanssa kosketuksissa olevan SEP:n muodostustekniikka vaiheiden vaihdon aikana. Tässä on jako kahteen tyyppiin:

Ottaa offsetin. Niiden ionit siirtyvät vaiheliikkeen aikana.
Järjestys on kaaosta. Vastaavissa olosuhteissa alkuvaiheen dipolit ovat järjestyksessä niissä.

Näillä lajilla on myös alalajeja. Esimerkiksi puolueelliset komponentit jaetaan kahteen luokkaan: perovskiitit ja pseudoilmeniitit.

Toinen tyyppi on jaettu kolmeen luokkaan:

Kaliumdivetyfosfaatit (KDR) ja alkalimetallit (esim. KH₂AsO₄ ja KH_{2 PO}4 _).
Triglysiinisulfaatit (THS): (NH₂CH₂COOH₃)× H ₂SO_4.
Nestekidekomponentit

Perovskites

Nämä elementit ovat kahdessa muodossa:

Yksikiteinen.
Keraami.

Ne sisältävät happioktaedrin, joka sisältää Ti-ionin valenssilla 4-5.

Kun paraelektrinen vaihe tapahtuu, kiteet saavat kuutiorakenteen. Ionit, kuten Ba ja Cd, ovat keskittyneet yläosaan. Ja niiden happivastineet on sijoitettu kasvojen keskelle. Näin se muodostuuoktaedri.

Kun titaani-ionit vaihtuvat täällä, SEP suoritetaan. Tällaiset ferrosähköiset aineet voivat luoda kiinteitä seoksia samank altaisten muodostelmien kanssa. Esimerkiksi PbTiO₃-PbZrO₃ . Tämä johtaa keramiikkaan, jolla on sopivat ominaisuudet laitteille, kuten varikoille, pietsotoimilaitteille, posistoreille jne.

Pseudoilmeniitit

Ne eroavat romboedrisen muodoltaan. Niiden kirkas spesifisyys on korkea Curie-lämpötilan indikaattori.

Ne ovat myös kiteitä. Yleensä niitä käytetään akustisissa mekanismeissa ylemmillä suurilla aalloilla. Seuraaville laitteille on ominaista niiden läsnäolo:

- resonaattorit;

- suodattimet raidoilla;

- korkeataajuiset akustooptiset modulaattorit;

- pyrovastaanottimet.

Ne otetaan käyttöön myös elektronisissa ja optisissa epälineaarisissa laitteissa.

KDR ja TGS

Ensimmäisen nimetyn luokan ferrosähköisillä on rakenne, joka järjestää protonit vetykontakteihin. SEP tapahtuu, kun kaikki protonit ovat järjestyksessä.

Tämän luokan elementtejä käytetään epälineaarisissa optisissa laitteissa ja sähköoptiikassa.

Toisen luokan ferrosähköisissä materiaaleissa protonit järjestetään samalla tavalla, vain dipolit muodostuvat glysiinimolekyylien lähelle.

Tämän ryhmän komponentteja käytetään rajoitetusti. Yleensä ne sisältävät pyrovastaanottimia.

Nestekidenäkymät

Niille on ominaista polaaristen molekyylien läsnäolo järjestyksessä. Tässä ferrosähköisten materiaalien pääpiirteet tulevat selvästi esille.

Lämpötila ja ulkoisen sähköspektrin vektori vaikuttavat niiden optisiin ominaisuuksiin.

Näiden tekijöiden perusteella tämän tyyppisiä ferrosähköjä käytetään optisissa antureissa, näytöissä, bannereissa jne.

Erot kahden luokan välillä

Ferrosähköiset ovat muodostumia, joissa on ioneja tai dipoleja. Niillä on merkittäviä eroja ominaisuuksissaan. Joten ensimmäiset komponentit eivät liukene veteen ollenkaan, mutta niillä on voimakas mekaaninen lujuus. Ne on helppo muodostaa monikiteisiin muotoihin edellyttäen, että keraamista järjestelmää käytetään.

Jälkimmäiset liukenevat helposti veteen ja niiden lujuus on mitätön. Ne mahdollistavat kiinteiden parametrien yksittäiskiteiden muodostumisen vesipitoisista koostumuksista.

Domains

Useimmat ferrosähköisten laitteiden ominaisuudet riippuvat alueista. Siten kytkentävirran parametri liittyy läheisesti niiden käyttäytymiseen. Niitä löytyy sekä yksittäiskiteistä että keramiikasta.

Ferrosähköisten laitteiden aluerakenne on makroskooppisten mittojen sektori. Siinä mieliv altaisen polarisaation vektorilla ei ole eroja. Ja eroja on vain samanlaisesta vektorista viereisillä sektoreilla.

Verkkoalueet erilliset seinät, jotka voivat liikkua yksittäisen kiteen sisätilassa. Tässä tapauksessa joillakin aloilla on kasvua ja toisten alojen laskua. Kun tapahtuu repolarisaatio, sektorit kehittyvät seinien siirtymisen tai vastaavien prosessien vuoksi.

Ferrosähköisten materiaalien sähköiset ominaisuudet,jotka ovat yksittäiskiteitä, muodostuvat kidehilan symmetrian perusteella.

Tuottavimmalle energiarakenteelle on ominaista se, että siinä olevat aluerajat ovat sähköisesti neutraaleja. Näin ollen polarisaatiovektori projisoidaan tietyn alueen rajalle ja on yhtä suuri kuin sen pituus. Samanaikaisesti se on päinvastainen kuin identtinen vektori lähimmän alueen puolelta.

Tästä syystä domeenien sähköiset parametrit muodostetaan head-tail -kaavion perusteella. Verkkoalueiden lineaariset arvot määritetään. Ne ovat alueella 10^-4-10^-1 katso

Polarisaatio

Ulkoisen sähkökentän vuoksi alueiden sähköisten vaikutusten vektori muuttuu. Siten syntyy voimakas ferrosähköisten polarisaatio. Tämän seurauksena dielektrisyysvakio saavuttaa v altavia arvoja.

Domaneiden polarisaatio selittyy niiden alkuperällä ja kehityksellä niiden rajojen siirtymisen vuoksi.

Ferrosähköisten osien esitetty rakenne aiheuttaa niiden induktion epäsuoran riippuvuuden ulkoisen kentän jänniteasteesta. Kun se on heikko, sektorien välinen suhde on lineaarinen. Näkyviin tulee osio, jossa verkkotunnuksen rajoja on siirretty käännettävän periaatteen mukaisesti.

Voimakkaiden kenttien alueella tällainen prosessi on peruuttamaton. Samalla kasvavat sektorit, joille SEP-vektori muodostaa minimikulman kenttävektorin kanssa. Ja tietyllä jännitteellä kaikki toimialueet asettuvat täsmälleen kentän suuntaisesti. Tekninen kylläisyys on muodostumassa.

Tällaisissa olosuhteissa, kun jännitys lasketaan nollaan, vastaavaa induktiota ei tapahdu. Hän onsaa jäännösarvon D_r. Jos siihen vaikuttaa vastakkaisen varauksen omaava kenttä, se pienenee nopeasti ja muuttaa vektoriaan.

Myöhempi jännityksen kehittyminen johtaa jälleen tekniseen kyllästymiseen. Siten ferrosähköisen riippuvuutta polarisaation kääntymisestä vaihtelevissa spektreissä on merkitty. Samanaikaisesti tämän prosessin kanssa tapahtuu hystereesi.

Alueen E_r, intensiteetti, jolla induktio seuraa nollaarvon kautta, on pakottava voima.

Hystereesiprosessi

Sen avulla toimialueen rajat siirtyvät peruuttamattomasti kentän vaikutuksesta. Se tarkoittaa dielektristen häviöiden olemassaoloa, joka johtuu alueiden järjestelyn energiakustannuksista.

Tähän muodostuu hystereesisilmukka.

Sen pinta-ala vastaa ferrosähköiseen yhden syklin aikana kulutettua energiaa. Häviöiden takia siihen muodostuu kulman 0, 1 tangentti.

Hystereesisilmukat luodaan eri amplitudiarvoilla. Yhdessä niiden huiput muodostavat pääpolarisaatiokäyrän.

Mittausoperaatiot

Melkein kaikkien luokkien ferrosähköisten aineiden dielektrisyysvakio eroaa kiintoainearvoissa jopa arvoissa, jotka ovat kaukana T_K.

Sen mittaus on seuraava: kaksi elektrodia asetetaan kiteen. Sen kapasiteetti määräytyy vaihtelevalla alueella.

Ylläindikaattorit T_K läpäisevyydellä on tietty lämpöriippuvuus. Tämä voidaan laskea Curie-Weissin lain perusteella. Seuraava kaava toimii tässä:

e=4pC / (T-Tc).

Siinä C on Curie-vakio. Siirtymäarvojen alapuolelle se putoaa nopeasti.

E-kirjain kaavassa tarkoittaa epälineaarisuutta, joka on tässä melko kapeassa spektrissä vaihtuvalla jännitteellä. Sen ja hystereesin vuoksi ferrosähköisen permeabiliteetti ja tilavuus riippuvat käyttötavasta.

Läpäisytyypit

Materiaali epälineaarisen komponentin erilaisissa käyttöolosuhteissa muuttaa ominaisuuksiaan. Seuraavia läpäisytyyppejä käytetään niiden luonnehtimiseen:

Tilastollinen (e_st). Sen laskemiseen käytetään pääpolarisaatiokäyrää: e_st =D / (e₀E)=1 + P / (e 0_{E) » P / (e}0_E).
Käänteinen (e_p). Tarkoittaa muutosta ferrosähköisen polarisaatiossa muuttuja-alueella stabiilin kentän rinnakkaisen vaikutuksen alaisena.
Tehokas (e_ef). Laskettu todellisesta virrasta I (tarkoittaa ei-sinimuotoista tyyppiä), joka kulkee yhdessä epälineaarisen komponentin kanssa. Tässä tapauksessa on aktiivinen jännite U ja kulmataajuus w. Kaava toimii: e_ef ~ C_ef =I / (wU).
Alkuperäinen. Se määritetään erittäin heikoilla spektreillä.

Kaksi päätyyppiä pyrosähköisiä tuotteita

Nämä ovat ferrosähköisiä ja antiferrosähköisiä aineita. Heillä onon BOT-sektoreita - verkkotunnuksia.

Ensimmäisessä muodossa yksi toimialue muodostaa depolarisoivan pallon ympärilleen.

Kun verkkotunnuksia luodaan paljon, se vähenee. Myös depolarisaatioenergia laskee, mutta sektoriseinien energia kasvaa. Prosessi on valmis, kun nämä indikaattorit ovat samassa järjestyksessä.

Mikä on HSE:n käyttäytyminen, kun ferrosähköiset ovat ulkopallolla, kuvattiin yllä.

Antiferrosähköiset - vähintään kahden sisähilan assimilaatio. Jokaisessa dipolitekijöiden suunta on yhdensuuntainen. Ja niiden yhteinen dipoliindeksi on 0.

Heikoissa spektreissä antiferrosähköisillä aineilla on lineaarinen polarisaatiotyyppi. Mutta kun kenttävoimakkuus kasvaa, ne voivat saada ferrosähköisiä olosuhteita. Kenttäparametrit kehittyvät 0:sta E_1:een. Polarisaatio kasvaa lineaarisesti. Käänteisessä liikkeessä hän on jo siirtymässä pois kentältä - saadaan silmukka.

Kun alueen E_{2 vahvuus muodostuu,} ferrosähkö muunnetaan antipodiksi.

Kun kenttävektoria E muutetaan, tilanne on identtinen. Tämä tarkoittaa, että käyrä on symmetrinen.

Antiferroelectric, joka ylittää Curie-merkin, saa parasähköiset olosuhteet.

Alemmalla lähestymisellä tähän pisteeseen läpäisevyys saavuttaa tietyn maksimin. Sen yläpuolella se vaihtelee Curie-Weissin kaavan mukaan. Absoluuttinen läpäisyparametri ilmoitetussa pisteessä on kuitenkin huonompi kuin ferrosähköisten materiaalien.

Monissa tapauksissa antiferrosähköisillä aineilla onniiden antipodeja muistuttava kiderakenne. Harvinaisissa tilanteissa ja identtisillä yhdisteillä, mutta eri lämpötiloissa, molempien pyrosähköisten osien faasit ilmenevät.

Tunneimmat antiferrosähköiset aineet ovat NaNbO_3, NH₄H₂P0 4 _{jne. Niiden lukumäärä on pienempi kuin tavallisten ferrosähköisten.}