Сигнетодиэлектрики
Сигнетодиэлектриками называются материалы, которые обладают спонтанной (самопроизвольной) поляризацией в определенном интервале температур.
Спонтанная поляризация - это поляризация, которая возникает в диэлектрике под влиянием внутренних процессов, без внешних воздействий. Это явление связано с особенностями сегнетодиэлектриков.
Объем сигнетодиэлектрика разделен на домены, которые представляют собой макроскопические области с различным направлением векторов спонтанной поляризованности Р. В отсутствие внешнего электрического поля суммарная поляризованность образца в целом равна нулю. При воздействии внешнего электрического поля векторы спонтанной поляризации диполей ориентируются в основном в направлении поля, что вызывает эффект очень сильной поляризации, следствием чего является сверхвысокое значение диэлектрической проницаемости е.
Рис. 5.8. Петля диэлектрического гистерезиса идеального сигнетодиэлектрика: Pс - поляризованность сигнетодиэлектрика; Eс - напряженность внешнего электрического поля; P„ - поляризованность начала участка насыщения; E„ - напряженность начала участка насыщения
Зависимость поляризованности Р от напряженности внешнего электрического поля Е в сигнентодиэлектриках нелинейна и при циклическом изменении напряженности поля имеет вид характерной замкнутой кривой, которая называется петлей гистерезиса (рис. 5.8).
При напряженности поля Е =0 поляризованность Р образца, состоящего из одного домена, равна + Рс или –Рc. С увеличением напряженности поля, приложенного по направлению Рс, поляризованность Р растет линейно благодаря обычным механизмам поляризации (электронному, ионному, дипольному). Если прикладывать электрическое поле противоположного знака, то при некотором значении напряженности поля Ес происходит переполяризация, т. е. изменение направления вектора Рc на противоположное. Напряженность поля, при которой происходит изменение направления спонтанной поляризованности, называют коэрцитивной силой Hc.
Сегнетоэлектрическая точка Кюри - температура, при которой возникает (при охлаждении) или исчезает (при нагревании) спонтанная поляризация. Диэлектрическая проницаемость ε вещества при температуре точки Кюри Тк максимальна. После достижения точки Кюри происходит фазовый переход из сегнетоэлектрическо-го состояния в параэлектрическое, когда Рс = 0.
Диэлектрическая проницаемостью ε и тангенс угла диэлектрических потерь tgδ сильно зависят от частоты, особенно в области высоких частот.
Рассмотренные особенности поляризации были впервые открыты у кристалла сегнетовой соли, а диэлектрики с такими свойствами получили название сегнетоэлектриков.
Нелинейная сигнетокерамика обладает резко выраженной нелинейной зависимостью диэлектрической проницаемости от напряженности электрического поля.
Нелинейные диэлектрические конденсаторы, емкость которых зависит от приложенного напряжения, называют варикондами (слово «вариконд» произошло от слов «вариация» и «конденсатор»).
Конструктивно вариконды выполняют в виде дисковых или пленочных плоских керамических конденсаторов.
В зависимости от области применения в варикондах используется два вида диэлектрической нелинейности - эффективная и реверсивная.
Эффективная нелинейность - это изменение емкости от амплитуды приложенного напряжения (синусоидального, импульсного или любой другой формы). Она существует лишь на низких частотах. На высоких частотах емкость вариконда не зависит от напряженности электрического поля. Эффективную нелинейность используют в стабилизаторахпеременного напряжения, в устройствах искрогашения.
Реверсивная нелинейность - это изменение емкости в переменном поле другим, управляющим электрическим полем. Управляющее напряжение прикладывается к вариконду одновременно с переменным. Управляющее поле может быть постоянным или медленно меняющимся. Частота напряжения управляющего поля меньше частоты напряжения переменного поля, а амплитуда управляющего напряжения выше амплитуды переменного напряжения.
Реверсивная нелинейность сегнетоэлектриков используется в диэлектрических усилителях, стабилизаторах напряжения, устройствах автоматики.
Терморезистивнаясигнетокерамика использует позисторный эффект, который заключается в резком возрастании удельного электрического сопротивления ρ при повышении температуры вблизи точки Кюри.
Сигнетоэлектрики с прямоугольной петлей гистерезиса применяют в запоминающих устройствах (ЗУ) электронно-вычислительных машин (ЭВМ). В отсутствие внешнего электрического поля поляризованный сегнетоэлектрик имеет два стабильных состояния с поляризованностями + Рс и -Рс Одно из этих состояний в запоминающей ячейке ЭВМ соответствует хранению единицы, а второе - нуля. Меняя напряжение записи, сегнетоэлектрик можно переводить из одного состояния в другое.
Для лучших сегнетокерамических материалов быстродействие составляет десятки наносекунд.
Дата добавления: 2015-06-17; просмотров: 656;