فروالکتریک ها مفهوم، تعریف، خواص و کاربرد هستند

2024 نویسنده: Angel Austin | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-17 05:24

فروالکتریک ها عناصری با قطبش الکتریکی خود به خودی (SEP) هستند. آغازگر برگشت آن می تواند کاربردهای محدوده الکتریکی E با پارامترها و بردارهای جهت مناسب باشد. به این فرآیند رپلاریزاسیون می گویند. لزوماً با هیسترزیس همراه است.

ویژگی های مشترک

فروالکتریک اجزایی هستند که دارای:

1. اختلاط عظیم.
2. ماژول قدرتمند پیزو.
3. حلقه.

استفاده از فروالکتریک در بسیاری از صنایع انجام می شود. در اینجا چند نمونه آورده شده است:

1. مهندسی رادیو.
2. الکترونیک کوانتومی.
3. فناوری اندازه گیری.
4. آکوستیک الکتریکی.

فروالکتریک ها جامداتی هستند که فلز نیستند. مطالعه آنها زمانی موثرتر است که حالت آنها تک بلوری باشد.

مشخصات روشن

فقط سه مورد از این عناصر وجود دارد:

1. قطبش برگشت پذیر.
2. غیرخطی.
3. ویژگی های غیرعادی.

بسیاری از فروالکتریک ها وقتی وارد شوند دیگر فروالکتریک نیستند.شرایط انتقال دما چنین پارامترهایی T_{K نامیده می شوند.} مواد رفتار غیرعادی دارند. ثابت دی الکتریک آنها به سرعت توسعه می یابد و به سطوح جامد می رسد.

طبقه بندی

او کاملا پیچیده است. معمولاً جنبه های کلیدی آن طراحی عناصر و فناوری تشکیل SEP در تماس با آن در طول تغییر فازها است. در اینجا یک تقسیم به دو نوع وجود دارد:

1. داشتن افست. یونهای آنها در طول حرکت فاز جابجا می شوند.
2. نظم هرج و مرج است. در شرایط مشابه، دوقطبی های فاز اولیه در آنها مرتب می شوند.

این گونه ها زیرگونه هایی نیز دارند. به عنوان مثال، اجزای بایاس به دو دسته تقسیم می شوند: پروسکایت ها و شبه ایلمنیت ها.

نوع دوم به سه کلاس تقسیم می شود:

1. دی هیدروژن فسفات پتاسیم (KDR) و فلزات قلیایی (به عنوان مثال KH₂AsO₄ و KH_{2 PO}4 _).
2. سولفات های تری گلیسین (THS): (NH₂CH₂COOH₃)× H ₂SO_4.
3. اجزای کریستال مایع

Perovskites

این عناصر در دو قالب وجود دارند:

1. Monocrystalline.
2. سرامیک.

آنها حاوی یک هشت وجهی اکسیژن هستند که حاوی یون Ti با ظرفیت 4-5 است.

وقتی مرحله پارالکتریک رخ می دهد، بلورها ساختار مکعبی پیدا می کنند. یون هایی مانند Ba و Cd در بالا متمرکز شده اند. و همتایان اکسیژن آنها در وسط صورت ها قرار می گیرند. به این ترتیب شکل می گیردهشت وجهی.

وقتی یون های تیتانیوم در اینجا تغییر می کنند، SEP انجام می شود. چنین فروالکتریک ها می توانند مخلوط های جامد با ساختارهای مشابه ایجاد کنند. برای مثال، PbTiO₃-PbZrO₃ . این منجر به سرامیک هایی با ویژگی های مناسب برای دستگاه هایی مانند واریکوندا، محرک پیزو، پوزیستور و غیره می شود.

شبه ایلمنیت

آنها در پیکربندی لوزی وجهی متفاوت هستند. ویژگی روشن آنها نشانگرهای دمای کوری بالا است.

آنها نیز کریستال هستند. به عنوان یک قاعده، آنها در مکانیسم های صوتی در امواج بزرگ بالایی استفاده می شوند. دستگاه‌های زیر با حضورشان مشخص می‌شوند:

- رزوناتورها;

- فیلترهای راه راه؛

- مدولاتورهای آکوستواپتیک با فرکانس بالا؛

- گیرنده های pyro.

آنها همچنین در دستگاه های غیرخطی الکترونیکی و نوری معرفی می شوند.

KDR و TGS

فروالکتریک های اولین کلاس تعیین شده دارای ساختاری هستند که پروتون ها را در تماس های هیدروژنی مرتب می کند. SEP زمانی اتفاق می‌افتد که همه پروتون‌ها مرتب باشند.

عناصر این دسته در دستگاه‌های نوری غیرخطی و در اپتیک الکتریکی استفاده می‌شوند.

در فروالکتریک های دسته دوم، پروتون ها به طور مشابه مرتب می شوند، فقط دوقطبی ها در نزدیکی مولکول های گلیسین تشکیل می شوند.

اجزای این گروه به میزان محدودی استفاده می شود. معمولاً آنها حاوی گیرنده های pyro هستند.

نماهای کریستال مایع

آنها با حضور مولکول های قطبی که به ترتیب مرتب شده اند مشخص می شوند.در اینجا، مشخصات اصلی فروالکتریک به وضوح آشکار می شود.

کیفیت های نوری آنها تحت تأثیر دما و بردار طیف الکتریکی بیرونی است.

بر اساس این عوامل، استفاده از فروالکتریک از این نوع در سنسورهای نوری، نمایشگرها، بنرها و غیره اجرا می شود.

تفاوت بین دو کلاس

فروالکتریک ها تشکیلاتی با یون یا دوقطبی هستند. آنها تفاوت های قابل توجهی در خواص خود دارند. بنابراین، اجزای اول به هیچ وجه در آب حل نمی شوند، اما دارای استحکام مکانیکی قوی هستند. آنها به راحتی در قالب پلی کریستال شکل می گیرند به شرطی که سیستم سرامیکی کار کند.

دومی به راحتی در آب حل می شود و قدرت ناچیزی دارد. آنها اجازه تشکیل تک بلورهای پارامترهای جامد را از ترکیبات آبی می دهند.

دامنه

بیشتر ویژگی های فروالکتریک به دامنه ها بستگی دارد. بنابراین، پارامتر جریان سوئیچینگ ارتباط نزدیکی با رفتار آنها دارد. آنها هم در تک بلورها و هم در سرامیک ها یافت می شوند.

ساختار دامنه فروالکتریک بخشی از ابعاد ماکروسکوپی است. در آن، بردار قطبش دلخواه هیچ تناقضی ندارد. و تنها تفاوت هایی با بردار مشابه در بخش های همسایه وجود دارد.

دامنه ها دیوارهایی را از هم جدا می کنند که می توانند در فضای داخلی یک کریستال حرکت کنند. در این صورت در برخی افزایش و در برخی دیگر کاهش می یابد. هنگامی که یک قطبش مجدد وجود دارد، بخش ها به دلیل جابجایی دیوارها یا فرآیندهای مشابه ایجاد می شوند.

خواص الکتریکی فروالکتریک،که تک بلور هستند، بر اساس تقارن شبکه کریستالی تشکیل می شوند.

سودآورترین ساختار انرژی با این واقعیت مشخص می شود که مرزهای دامنه در آن از نظر الکتریکی خنثی هستند. بنابراین، بردار پلاریزاسیون بر روی مرز یک دامنه خاص پیش بینی می شود و برابر با طول آن است. در عین حال، در جهت مخالف بردار یکسان از سمت نزدیکترین دامنه است.

در نتیجه، پارامترهای الکتریکی دامنه ها بر اساس طرح سر-دم شکل می گیرند. مقادیر خطی دامنه ها تعیین می شود. آنها در محدوده 10^-4-10^-1 مشاهده

هستند

قطبش

به دلیل میدان الکتریکی خارجی، بردار اعمال الکتریکی دامنه ها تغییر می کند. بنابراین، یک قطبش قدرتمند فروالکتریک بوجود می آید. در نتیجه، ثابت دی الکتریک به مقادیر زیادی می رسد.

قطبی شدن دامنه ها با منشأ و توسعه آنها به دلیل تغییر مرزهای آنها توضیح داده می شود.

ساختار مشخص شده فروالکتریک ها باعث وابستگی غیرمستقیم القاء آنها به درجه ولتاژ میدان خارجی می شود. وقتی ضعیف باشد، رابطه بین بخش ها خطی است. بخشی ظاهر می شود که در آن محدودیت های دامنه بر اساس یک اصل برگشت پذیر جابجا می شوند.

در منطقه میدان های قدرتمند، چنین فرآیندی برگشت ناپذیر است. در همان زمان، بخش هایی که بردار SEP حداقل زاویه را با بردار میدان تشکیل می دهد، رشد می کنند. و در یک تنش خاص، همه دامنه ها دقیقاً در امتداد میدان قرار می گیرند. اشباع فنی در حال شکل گیری است.

در چنین شرایطی، هنگامی که کشش به صفر کاهش می یابد، هیچ معکوس مشابهی از القاء وجود ندارد. او استD_r باقیمانده را دریافت می کند. اگر تحت تأثیر میدانی با بار مخالف قرار گیرد، به سرعت کاهش می یابد و بردار آن تغییر می کند.

توسعه بعدی تنش دوباره به اشباع فنی منجر می شود. بنابراین، وابستگی فروالکتریک به معکوس شدن پلاریزاسیون در طیف های مختلف نشان داده می شود. به موازات این فرآیند، هیسترزیس رخ می دهد.

شدت دامنه E_r، که در آن القاء از مقدار صفر می گذرد، نیروی اجباری است.

فرایند هیسترزیس

با آن، مرزهای دامنه به طور غیرقابل برگشتی تحت تأثیر میدان تغییر می کند. این به معنای وجود تلفات دی الکتریک به دلیل هزینه های انرژی برای ترتیب دامنه ها است.

یک حلقه هیسترزیس در اینجا تشکیل می شود.

مساحت آن مطابق با انرژی مصرف شده در فروالکتریک در یک چرخه است. به دلیل تلفات، مماس زاویه 0، 1 در آن تشکیل می شود.

حلقه های هیسترزیس

در مقادیر دامنه متفاوت ایجاد می شوند. قله‌های آنها با هم منحنی قطبش اصلی را تشکیل می‌دهند.

عملیات اندازه گیری

ثابت دی الکتریک فروالکتریک ها تقریباً در همه کلاس ها در مقادیر جامد حتی در مقادیر دور از T_{K متفاوت است.}

اندازه گیری آن به شرح زیر است: دو الکترود روی کریستال اعمال می شود. ظرفیت آن در یک محدوده متغیر تعیین می شود.

بالاشاخص های T_K نفوذپذیری وابستگی حرارتی خاصی دارد. این را می توان بر اساس قانون کوری ویس محاسبه کرد. فرمول زیر در اینجا کار می کند:

e=4pC / (T-Tc).

در آن، C ثابت کوری است. زیر مقادیر انتقالی، به سرعت سقوط می کند.

حرف "e" در فرمول به معنای غیر خطی بودن است، که در اینجا در یک طیف نسبتاً باریک با ولتاژ تغییر دهنده وجود دارد. به دلیل آن و هیسترزیس، نفوذپذیری و حجم فروالکتریک به حالت کار بستگی دارد.

انواع نفوذپذیری

مواد تحت شرایط مختلف عملکرد یک جزء غیر خطی کیفیت آن را تغییر می دهد. انواع نفوذپذیری زیر برای مشخص کردن آنها استفاده می شود:

1. آماری (e_st). برای محاسبه آن، منحنی قطبش اصلی استفاده می شود: e_st =D / (e₀E)=1 + P / (e 0_{E) » P / (e}0_E).
2. معکوس (e_p). نشان دهنده تغییر در قطبش فروالکتریک در محدوده متغیر تحت تأثیر موازی یک میدان پایدار است.
3. موثر (e_ef). محاسبه شده از جریان واقعی I (به معنای نوع غیر سینوسی) که همراه با جزء غیر خطی است. در این حالت یک ولتاژ فعال U و یک فرکانس زاویه ای w وجود دارد. فرمول کار می کند: e_ef ~ C_ef =I / (wU).
4. ابتدایی. در طیف های بسیار ضعیف تعیین می شود.

دو نوع اصلی پیرو الکتریک

اینها فروالکتریک و ضد فروالکتریک هستند. آنها دارندبخش های BOT - دامنه ها وجود دارد.

در شکل اول، یک دامنه یک کره دپولاریزه کننده در اطراف خود تشکیل می دهد.

وقتی دامنه های زیادی ایجاد می شود، کاهش می یابد. انرژی دپلاریزاسیون نیز کاهش می یابد، اما انرژی دیواره های بخش افزایش می یابد. این فرآیند زمانی تکمیل می شود که این شاخص ها به ترتیب یکسان باشند.

در بالا توضیح داده شد.

Antiferroelectrics - جذب حداقل دو زیرشبکه قرار گرفته در داخل یکدیگر. در هر کدام جهت عوامل دوقطبی موازی است. و شاخص دوقطبی مشترک آنها 0.

است

در طیف های ضعیف، آنتی فروالکتریک ها با نوع خطی قطبش متمایز می شوند. اما با افزایش قدرت میدان، آنها می توانند شرایط فروالکتریک را بدست آورند. پارامترهای فیلد از 0 تا E_{1 توسعه می یابند.} قطبش به صورت خطی رشد می کند. در حرکت معکوس، او در حال دور شدن از میدان است - یک حلقه به دست می آید.

هنگامی که قدرت دامنه E_{2 تشکیل شد،} فروالکتریک به آنتی پاد آن تبدیل می شود.

هنگام تغییر بردار میدان E، وضعیت یکسان است. این به این معنی است که منحنی متقارن است.

ضد فروالکتریک، بیش از علامت کوری، شرایط پارالکتریک را به دست می آورد.

با نزدیک شدن به این نقطه، نفوذپذیری به حداکثر معینی می رسد. در بالای آن، طبق فرمول کوری ویس متفاوت است. با این حال، پارامتر نفوذپذیری مطلق در نقطه نشان داده شده کمتر از فروالکتریک است.

در بسیاری از موارد، آنتی فروالکتریک ها دارندساختار کریستالی شبیه به پاد پاد آنها. در شرایط نادر و با ترکیبات یکسان، اما در دماهای مختلف، فازهای هر دو پیروالکتریک ظاهر می شود.

مشهورترین ضد فروالکتریکها NaNbO_3، NH₄H_۲P0 4 _{و غیره. تعداد آنها از تعداد فروالکتریک های رایج کمتر است.}