IV.2.3.Г.3. Сегнетоелектрики з ППГ.

СЕГНЕТОЕЛЕКТРИКИ З ППГ (прямокутною петлею гистерезису) - застосовуються в запом'ятовуючих приладах ЕОМ.

В відсутності зовнішнього поля, сегнетоелектрик з ППГ, має два тривких стани:

-& зберігання одиниці; - & зберігання нуля. Подаючи зовнішню напругу різноманітного напрямку, сегнетоелектрик можна перекладати з одного стану в інше: проводити стирання; запис; читання інформації. Читання інформації можна робити без її руйнування оптичним засобом або вимірюванням Опору тонкої напівпровідникової плівки, нанесеної на поверховість сегнетоелектрику. Час звернення до одиниці інформації пропорційно розмірам кристалу, що містить інформацію, tдост.=(3-5) *10^-6 мкс.

IV.2.3.Г.4. Електрооптичні кристали.

КРИСТАЛИ сегнето і анти сегнетоелектриків володіють ЕЛЕКТРООПТИЧНИМ ефектом - модифікацією показника переломлення середовища, під чинністю зовнішнього електростатичного поля. Даний ефект може бути:

§ ЛІНІЙНИМ (пропорційний 1-й міри напруженості поля) або ефектом Поккельса;

§ НЕЛІНІЙНИМ (квадратична залежність від напруженості поля) або ефектом Керра.

Дані властивості використовуються для модуляції лазерного вилучення (частіше всього електричним полем, який додано до кришталів, що знаходяться між схрещуваними поляроїдами.

Електрооптичні модулятори світла створені на базі кришталів:

§ ніобату літію – LiNbO₃;

§ дигидрофосфату калію - KH₂PO₄;

§ дидейтерофосфату калію - KD₂PO₄;

§ прозора сигнетокераміка системи ЦТСЛ - тверді розчини цирконату-титаната свинцю з окисом лантану.

Для даних матеріалів, ЕЛЕКТРООПТИЧНИЙ ефект, посилюється при наближенні до t0Кюрі., тому дані ефекти досягається застосуванням низьких напруженостей при t0Кюрі..

IV.2.3.Г.5. Матеріали нелінійної оптики.

При впливі на КРИСТАЛИ сегнето і анти сегнетоелектриків потужних світлових пучків лазера, в даних матеріалах з'являються НЕЛІНІЙНІ ОПТИЧНІ ефекти (нелінійна поляризація середовища - залежність показника переломлення від напруженості поля самої світловий хвилі).

Дана властивість кришталів дозволяє здійснити: генерацію гармонік лазерного вилучення; зміщення частот оптичних сигналів; перетворення частот оптичних сигналів.

Найбільший практичний інтерес представляє перетворення ІК-ВИЛУЧЕННЯ (l=1,06мкм) в видимий спектр. Це забезпечується матеріалами: дигідрофосфатом калію - KH₂PO₄; ніобат літію – LiNbO₃; йодат літію - LiIO₃; барієво - натриєвый ніобат (БАНАН) - Ba₂NaNb₅O₁₅.

IV.2.4. П'єзоелектрики.

П'ЄЗОЕЛЕКТРИКИ - володіють сильно висловленим п'єзоелектричним ефектом (Поляризація під чинністю механічного навантаження). П’єзоефект - процес зворотній, характеризується відносною деформацією: $=dE=Dl/l. П'єзоефекти бувають: вздовж; поперек; прямий; зворотній.

Явище відкрите братами Кюрі в 1880г. Математичний опис відкриття:

де: Q - заряд;

d - п'єзомодуль;

S - площа;

F - сила;

qs - заряд на одиницю площі;

Р - політизованість;

s- механічна напруга в діелектрику.

П'єзомодуль - дорівнює заряду, що виникає на одиниці поверховості речовини при додатку до нього одиниці тиску: Р=10^-10Кл/н.

ЗОНА ЗАСТОСУВАННЯ - основні матеріали:

§ монокристалічний кварц (гірський кришталь) при t<573⁰C;

§ пластинки вирізані перпендикулярно вісі Х;

§ пластинки вирізані перпендикулярно вісі Z

§ оптична вісь, не володіє п'єзоефектом;

§ плоскі пластинки, вирізані з кварцу з електродів з утримувачем - п'єзоелектричний резонатор (відтворює ефект коливательного контуру при певній резонансній частоті коливання): tgδ=(10^-6¸10^-7).

КРИСТАЛИ природного кварцу вирощують штучно, гідротермальним засобом, з водно-лужних розчинів при t=350-400⁰Сі Р=108Па.

в різноманітних перетворювачах застосовують КРИСТАЛИ:

§ сульфату літію - Li₂SO₄*H₂O;

§ ніобату літію - LiNbO₃;

§ танталат літію - LiTaO₃;

§ сигнетової сілі – NaKC₄H₄O₆*4H₂0;

§ дигидрофосфату амонію – NH₄H₂PO₄;

Технологія виготовлення: сигнетоелектрична кераміка поляризують за допомогою сильного електричного поля. Після зняття поля даний зразок володіє п'єзоактивністю (текстуйован).

Матеріал: цирконат - титанат свинцю (ЦТС) – PbZrO3-PbTiO3 також називають п'єзокерамікою. З нього виготовляють:

§ вилучателі для гідроакустики, дефектоскопії, обробка матеріалів;

§ малогабаритні мікрофони, телефони, гучномовці, слухові апарати;

§ детонатори, прилади підпалення;

§ вимірювальний прилад тиску, деформацій, прискорень і вібрацій;

§ зворотні перетворювачі енергії [механічна в електричну і навпаки] – п’єзорезонансні фільтри;

§ лінії затримки;

§ п'єзотрансформатори - працюють на принципі дискретизації коливань:

Ø одна половина поляризується по товщині: - збудник коливань;

Ø інша половина поляризується по довжині.

Генератор ЕРС; змінне електричне поле викликає механічні коливання по довжині бруска, що викликає вихідну ЕРС. Працюють в діапазоні до f=500Кгц. Коефіцієнт трансформації пропорційному відношенню:

Де: l - довжина зразка;

h товщина зразка.

Застосовуються в схемах харчування ЭПТ (електронно-променевих трубок); газорозрядних приладах; лічильниках Гейгера; генерування високовольтних імпульсів.

Матеріали: - тверді розчини - BaNb₂O₆-PbNb₂O₆, – NaNbO₃-KnbO₃.

IV.2.5. Піроелектрики.

ПІРОЕЛЕКТРИКИ - володіють сильно висловленим піроелектричним ефектом (модифікацією спонтанної поляризації під чинністю температури).

Математична Модель ефекту

де: Pсп - спонтанна політизованість;

p - піроелектрический коефіцієнт.

Принцип роботи:

зміна спонтанної полярізованості супроводжується вивільненням деякого заряду на поверховості діелектрика, що призводить до появи електричного струму на поверховості:

Де: S - площа поверховості діелектрика;

dT/dt - швидкість модифікації температури.

Температурна модифікація спонтанної полярізованості зумовлена 2-ма причинами:

to^ - порушує упорядкованість в розташуванні дипольних моментів - піроэфект;

to^ - викликає модифікацію лінійних розмірів діелектрика - п'єзоелектричну поляризацію.

Особливістю даних матеріалів є те, що напрямку поляризації не може бути змінене з допомогою зовнішнього електричного поля.

Якість матеріалу визначається параметром:

Де:e - діелектрична проникність середовища;

З - питома об’ємиста теплоємність.

Різність потенціалів, що виникає в пластинці між її поверховостями, вирізаної перпендикулярно направленню спонтанної полярізованості визначається:

Матеріали, що використаються:

§ КРИСТАЛИ ніобату барію - стронция (SrxBa1-xNb₂O₆); р=(4...28)*10^-4Кл/(м²*К), а Rв – незначний. Використають в якості: детекторів вилучення, навіть в ІК-ОБЛАСТІ; володіють високою швидкодією - працюють на частоті f до 10МГц.

§ КРИСТАЛИ тригліцинсульфату - (NH₂CH₂COOH)₃*H₂SO₄; Rв=8.5*10^-12м/В; використають в якості: низькочастотних детекторів вилучення, але вони вимагають герметизації.

§ КРИСТАЛИ ніобату і танталату літію – LiNbO₃; LiTaO₃.

Перераховані матеріали працюють в широкому спектрі температур до 500⁰С, на високих частотах, відрізняються стабільністю піроелектричних властивостей.