Ferroelectrics là Khái niệm, định nghĩa, thuộc tính và ứng dụng

2024 Tác giả: Angel Austin | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-17 05:46

Ferroelectrics là các phần tử có phân cực điện tự phát (SEP). Các yếu tố khởi tạo sự đảo ngược của nó có thể là các ứng dụng của dải điện E với các thông số và vectơ hướng thích hợp. Quá trình này được gọi là quá trình tái phân cực. Nó nhất thiết phải đi kèm với hiện tượng trễ.

Đặc điểm chung

Ferroelectrics là các thành phần có:

1. Phép màu không thể chấp nhận được.
2. Mô-đun piezo mạnh mẽ.
3. Vòng.

Việc sử dụng sắt thép được thực hiện trong nhiều ngành công nghiệp. Dưới đây là một số ví dụ:

1. Kỹ thuật vô tuyến.
2. Điện tử lượng tử.
3. Công nghệ đo lường.
4. Điện âm.

Sắt là chất rắn không phải là kim loại. Nghiên cứu của họ hiệu quả nhất khi trạng thái của chúng là đơn tinh thể.

Cụ thể tươi sáng

Chỉ có ba yếu tố sau:

1. Phân cực thuận nghịch.
2. Phi tuyến tính.
3. Đặc điểm bất thường.

Nhiều chất sắt không còn là chất sắt điện khi chúng ở trongđiều kiện chuyển nhiệt độ. Các tham số như vậy được gọi là T_K.Chất hoạt động bất thường. Hằng số điện môi của chúng phát triển nhanh chóng và đạt đến mức rắn.

Phân loại

Cô ấy khá phức tạp. Thông thường, các khía cạnh chính của nó là thiết kế các phần tử và công nghệ hình thành SEP tiếp xúc với nó trong quá trình thay đổi các giai đoạn. Ở đây có sự phân chia thành hai loại:

1. Có bù đắp. Các ion của chúng chuyển dịch trong quá trình chuyển động pha.
2. Thứ tự đang hỗn loạn. Trong các điều kiện tương tự, các lưỡng cực của pha ban đầu được sắp xếp theo thứ tự trong chúng.

Những loài này cũng có phân loài. Ví dụ: các thành phần thiên vị được chia thành hai loại: perovskites và pseudo-ilmenites.

Loại thứ hai có sự phân chia thành ba lớp:

1. Kali dihydro photphat (KDR) và kim loại kiềm (ví dụ: KH₂AsO₄và KH_{2 PO}4 _).
2. Triglycine sulfat (THS): (NH₂CH₂COOH₃) × H₂SO_4.
3. Thành phần tinh thể lỏng

Perovskites

Các phần tử này tồn tại ở hai định dạng:

1. Đơn tinh thể.
2. Gốm.

Chúng chứa một khối bát diện oxy, chứa một ion Ti có hóa trị 4-5.

Khi giai đoạn cận điện xảy ra, các tinh thể có cấu trúc lập phương. Các ion như Ba và Cd tập trung ở đỉnh. Và các đối tác oxy của chúng được đặt ở giữa các mặt. Đây là cách nó được hình thànhbát diện.

Khi các ion titan thay đổi ở đây, SEP được thực hiện. Các chất sắt điện như vậy có thể tạo ra hỗn hợp rắn với các thành phần có cấu trúc tương tự. Ví dụ: PbTiO₃-PbZrO₃. Điều này dẫn đến gốm sứ có các đặc tính phù hợp cho các thiết bị như thiết bị đo tĩnh mạch, bộ truyền động piezo, bộ định vị, v.v.

Giả ilmenites

Chúng khác nhau về cấu hình hình thoi. Tính đặc hiệu sáng của chúng là các chỉ số nhiệt độ Curie cao.

Chúng cũng là tinh thể. Theo quy luật, chúng được sử dụng trong các cơ chế âm thanh trên các sóng lớn phía trên. Các thiết bị sau được đặc trưng bởi sự hiện diện của chúng:

- bộ cộng hưởng;

- bộ lọc có sọc;

- bộ điều biến quang acousto tần số cao;

- máy thu pyro.

Chúng cũng được đưa vào các thiết bị phi tuyến tính điện tử và quang học.

KDR và TGS

Ferroelectrics của lớp được chỉ định đầu tiên có cấu trúc sắp xếp các proton trong các tiếp điểm hydro. SEP xảy ra khi tất cả các proton theo thứ tự.

Các phần tử thuộc danh mục này được sử dụng trong các thiết bị quang học phi tuyến tính và quang học điện.

Trong các chất sắt điện tử thuộc loại thứ hai, các proton được sắp xếp tương tự nhau, chỉ có các lưỡng cực được hình thành gần các phân tử glycine.

Các thành phần của nhóm này được sử dụng ở mức độ hạn chế. Thông thường chúng chứa bộ thu pyro.

Chế độ xem tinh thể lỏng

Chúng được đặc trưng bởi sự hiện diện của các phân tử phân cực được sắp xếp theo thứ tự. Ở đây, các chi tiết cụ thể chính của sắt điện tử được hiển thị rõ ràng.

Chất lượng quang học của chúng bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và vectơ của quang phổ điện bên ngoài.

Dựa trên những yếu tố này, việc sử dụng ferroelectric loại này được thực hiện trong cảm biến quang học, màn hình, biểu ngữ, v.v.

Sự khác biệt giữa hai lớp

Ferroelectrics là những thành tạo có ion hoặc lưỡng cực. Chúng có sự khác biệt đáng kể về đặc tính của chúng. Vì vậy, các thành phần đầu tiên hoàn toàn không hòa tan trong nước, nhưng chúng có độ bền cơ học mạnh mẽ. Chúng dễ dàng được hình thành ở định dạng đa tinh thể miễn là hệ thống gốm được vận hành.

Chất sau dễ dàng hòa tan trong nước và có độ bền không đáng kể. Chúng cho phép hình thành các đơn tinh thể của các thông số rắn từ các chế phẩm chứa nước.

Miền

Hầu hết các đặc tính của sắt điện tử phụ thuộc vào các miền. Do đó, tham số dòng chuyển mạch có liên quan chặt chẽ đến hành vi của chúng. Chúng được tìm thấy cả ở dạng đơn tinh thể và đồ gốm.

Cấu trúc miền của sắt điện tử là một khu vực của các kích thước vĩ mô. Trong đó, vector phân cực tùy ý không có sai lệch. Và chỉ có sự khác biệt so với một vectơ tương tự trong các ngành lân cận.

Miền các bức tường riêng biệt có thể di chuyển trong không gian bên trong của một tinh thể đơn lẻ. Trong trường hợp này, có sự gia tăng trong một số và giảm ở các tên miền khác. Khi có sự tái phân cực, các khu vực phát triển do sự dịch chuyển của các bức tường hoặc các quá trình tương tự.

Tính chất điện của chất sắt,là những tinh thể đơn lẻ, được hình thành dựa trên sự đối xứng của mạng tinh thể.

Cấu trúc năng lượng có lợi nhất được đặc trưng bởi thực tế là các ranh giới miền trong nó là trung tính về điện. Do đó, vectơ phân cực được chiếu lên ranh giới của một miền cụ thể và bằng độ dài của nó. Đồng thời, nó ngược hướng với vectơ giống hệt từ phía của miền gần nhất.

Do đó, các thông số điện của các miền được hình thành trên cơ sở sơ đồ đầu-đuôi. Giá trị tuyến tính của các miền được xác định. Chúng nằm trong phạm vi 10^-4-10^-1xem

Phân cực

Do điện trường ngoài, vectơ hoạt động điện của các miền thay đổi. Do đó, một sự phân cực mạnh mẽ của các chất sắt điện tử phát sinh. Kết quả là hằng số điện môi đạt giá trị rất lớn.

Sự phân cực của các miền được giải thích bởi nguồn gốc và sự phát triển của chúng do sự thay đổi ranh giới của chúng.

Cấu trúc được chỉ ra của chất sắt điện gây ra sự phụ thuộc gián tiếp của cảm ứng của chúng vào mức độ điện áp của trường bên ngoài. Khi nó yếu, mối quan hệ giữa các ngành là tuyến tính. Một phần xuất hiện trong đó các giới hạn miền được thay đổi theo nguyên tắc có thể đảo ngược.

Trong khu vực của các lĩnh vực mạnh mẽ, quá trình như vậy là không thể đảo ngược. Đồng thời, các cung mà vectơ SEP tạo thành góc nhỏ nhất với vectơ trường lớn lên. Và ở một độ căng nhất định, tất cả các miền thẳng hàng chính xác dọc theo sân. Sự bão hòa kỹ thuật đang được hình thành.

Trong các điều kiện như vậy, khi lực căng giảm xuống bằng không, không có sự đảo ngược tương tự của cảm ứng. Cô ấy làđược dư D_r. Nếu nó bị ảnh hưởng bởi một trường có điện tích trái dấu, nó sẽ nhanh chóng giảm và thay đổi vectơ của nó.

Sự phát triển tiếp theo của sự căng thẳng một lần nữa dẫn đến sự bão hòa kỹ thuật. Do đó, sự phụ thuộc của chất sắt điện vào sự đảo ngược phân cực trong các phổ khác nhau được biểu thị. Song song với quá trình này, hiện tượng trễ xảy ra.

Cường độ của dãy E_r,mà tại đó cảm ứng có giá trị bằng 0 là lực cưỡng bức.

Quá trình trễ

Với nó, ranh giới miền bị dịch chuyển không thể đảo ngược dưới ảnh hưởng của trường. Nó có nghĩa là sự hiện diện của tổn thất điện môi do chi phí năng lượng cho việc sắp xếp các miền.

Một vòng lặp trễ hình thành ở đây.

Diện tích của nó tương ứng với năng lượng tiêu thụ trong chất sắt điện trong một chu kỳ. Do mất mát, tiếp tuyến của góc 0, 1 được tạo thành trong đó.

Vòng lặp trễ được tạo ở các giá trị biên độ khác nhau. Cùng với nhau, các đỉnh của chúng tạo thành đường cong phân cực chính.

Thao tác đo

Hằng số điện môi của sắt điện ở hầu hết các lớp đều khác nhau về giá trị rắn ngay cả ở các giá trị khác xa T_K.

Phép đo của nó như sau: hai điện cực được áp dụng cho tinh thể. Công suất của nó được xác định trong một phạm vi thay đổi.

Trêncác chỉ tiêu T_Kthấm có sự phụ thuộc nhiệt nhất định. Điều này có thể được tính toán dựa trên định luật Curie-Weiss. Công thức sau hoạt động ở đây:

e=4pC / (T-Tc).

Trong đó, C là hằng số Curie. Dưới các giá trị chuyển tiếp, nó giảm nhanh chóng.

Chữ "e" trong công thức có nghĩa là phi tuyến tính, hiện diện ở đây trong một phổ khá hẹp với điện áp thay đổi. Bởi vì nó và độ trễ, độ từ thẩm và thể tích của chất sắt điện phụ thuộc vào chế độ hoạt động.

Các loại thẩm thấu

Vật liệu trong các điều kiện hoạt động khác nhau của một thành phần phi tuyến tính sẽ thay đổi chất lượng của nó. Các loại thấm sau được sử dụng để mô tả đặc điểm của chúng:

1. Thống kê (e_st).Để tính toán nó, đường cong phân cực chính được sử dụng: e_st=D / (e₀E)=1 + P / (e 0_{E) »P / (e}0_E).
2. Đảo ngược (e_p).Biểu thị sự thay đổi phân cực của chất sắt điện trong phạm vi thay đổi dưới ảnh hưởng song song của trường ổn định.
3. Hiệu quả (e_ef).Được tính toán từ dòng điện thực tế I (ngụ ý loại không hình sin) đi cùng với thành phần phi tuyến tính. Trong trường hợp này, có một điện áp tác dụng U và một tần số góc w. Công thức hoạt động: e_ef~ C_ef=I / (wU).
4. Ban đầu. Nó được xác định trong quang phổ cực kỳ yếu.

Hai loại pyroelectrics chính

Đây là chất sắt và chất chống nhiễm điện. Họ cócó các lĩnh vực BOT - lĩnh vực.

Ở dạng đầu tiên, một miền tạo thành một quả cầu khử cực xung quanh chính nó.

Khi nhiều miền được tạo, nó sẽ giảm. Năng lượng của quá trình khử cực cũng giảm, nhưng năng lượng của thành khu vực tăng lên. Quá trình hoàn tất khi các chỉ số này theo cùng một thứ tự.

Hành vi của HSE là gì khi chất sắt ở trong hình cầu bên ngoài, đã được mô tả ở trên.

Antiferroelectrics - đồng hóa ít nhất hai tiểu phân đặt bên trong nhau. Trong mỗi, hướng của các yếu tố lưỡng cực là song song. Và chỉ số lưỡng cực chung của chúng là 0.

Trong quang phổ yếu, các chất phản điện tử được phân biệt bằng một loại phân cực tuyến tính. Nhưng khi cường độ trường tăng lên, chúng có thể có được các điều kiện sắt điện. Các tham số trường phát triển từ 0 đến E_1.Sự phân cực phát triển tuyến tính. Khi di chuyển ngược lại, cô ấy đã di chuyển khỏi sân - một vòng lặp thu được.

Khi cường độ của dải E_{2 được hình thành, chất sắt điện}được chuyển đổi thành phản mã của nó.

Khi thay đổi vectơ trường E, tình huống giống hệt nhau. Điều này có nghĩa là đường cong đối xứng.

Chống điện môi, vượt quá vạch Curie, đạt được điều kiện cận điện.

Với cách tiếp cận thấp hơn đến thời điểm này, khả năng thẩm thấu đạt mức tối đa nhất định. Trên đó, nó thay đổi theo công thức Curie-Weiss. Tuy nhiên, thông số độ thấm tuyệt đối tại điểm được chỉ định kém hơn so với thông số sắt thép.

Trong nhiều trường hợp, thuốc chống nhiễm điện cócấu trúc tinh thể tương tự như phản mã của chúng. Trong một số trường hợp hiếm gặp và với các hợp chất giống hệt nhau, nhưng ở các nhiệt độ khác nhau, các pha của cả hai nhiệt điện sẽ xuất hiện.

Các chất chống nhiễm điện nổi tiếng nhất là NaNbO_3,NH₄H₂P0 4_{vv. Số lượng của chúng ít hơn số lượng các chất sắt điện tử phổ biến.}