A ferroelektromos eszközök Fogalom, meghatározás, tulajdonságok és alkalmazás

2024 Szerző: Angel Austin | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-17 05:29

A ferroelektromos elemek spontán elektromos polarizációval (SEP) rendelkező elemek. Megfordításának kezdeményezői az E elektromos tartomány megfelelő paraméterekkel és irányvektorokkal rendelkező alkalmazásai lehetnek. Ezt a folyamatot repolarizációnak nevezik. Ez szükségszerűen hiszterézissel jár együtt.

Közös jellemzők

A ferroelektromos elemek a következők:

1. Kolosszális permittivitás.
2. Erőteljes piezo modul.
3. Loop.

A ferroelektromos anyagokat számos iparágban alkalmazzák. Íme néhány példa:

1. Rádiótechnika.
2. Kvantumelektronika.
3. Méréstechnika.
4. Elektromos akusztika.

A ferroelektromos anyagok szilárd anyagok, amelyek nem fémek. Vizsgálatuk akkor a leghatékonyabb, ha állapotuk egykristály.

Fényes sajátosságok

Ezek közül csak három elem van:

1. Reverzibilis polarizáció.
2. Nonlinearitás.
3. Anomális jellemzők.

Sok ferroelektromos elem megszűnik ferroelektromos lenni, amikor bekerülnekhőmérséklet-átmeneti feltételek. Az ilyen paramétereket T_{K-nak nevezzük.} Az anyagok abnormálisan viselkednek. Dielektromos állandójuk gyorsan fejlődik, és eléri a szilárd szintet.

Osztályozás

Elég összetett. Általában kulcsfontosságú szempontja az elemek kialakítása és a fázisváltás során azzal érintkező SEP kialakításának technológiája. Itt két típusra osztható:

1. Eltolással rendelkezik. Ionjaik eltolódnak a fázismozgás során.
2. A rend káosz. Hasonló feltételek mellett a kezdeti fázis dipólusai rendeződnek bennük.

Ezeknek a fajoknak alfajai is vannak. Például az elfogult összetevők két kategóriába sorolhatók: perovszkitek és pszeudoilmenitek.

A második típus három osztályra oszlik:

1. Kálium-dihidrogén-foszfátok (KDR) és alkálifémek (pl. KH₂AsO₄ és KH_{2 PO}4 _).
2. Triglicin-szulfátok (THS): (NH₂CH₂COOH₃)× H ₂SO_4.
3. Folyadékkristály-komponensek

Perovskites

Ezek az elemek két formátumban léteznek:

1. Monokristályos.
2. Kerámia.

Oxigén oktaédert tartalmaznak, amely 4-5 vegyértékű Ti-iont tartalmaz.

A paraelektromos fokozat bekövetkezésekor a kristályok köbös szerkezetet vesznek fel. Az olyan ionok, mint a Ba és a Cd, a tetején koncentrálódnak. És oxigén megfelelőik az arcok közepén helyezkednek el. Így alakul kioktaéder.

Amikor a titánionok itt változnak, a SEP végrehajtásra kerül. Az ilyen ferroelektromos anyagok szilárd keverékeket hozhatnak létre hasonló szerkezetű képződményekkel. Például PbTiO₃-PbZrO₃ . Ez olyan kerámiákat eredményez, amelyek megfelelő jellemzőkkel rendelkeznek olyan eszközökhöz, mint a varikondák, piezo működtetők, poszitorok stb.

Pszeudoilmenites

Romboéder alakúak. Fényes specifitásuk magas Curie hőmérséklet-indikátorok.

Ők is kristályok. Általában a felső nagy hullámok akusztikus mechanizmusaiban használják őket. A következő eszközökre jellemző a jelenlétük:

- rezonátorok;

- csíkos szűrők;

- nagyfrekvenciás akuszto-optikai modulátorok;

- pirovevők.

Elektronikus és optikai nemlineáris eszközökben is bevezetik őket.

KDR és TGS

Az első megjelölt osztályba tartozó ferroelektromos elemek olyan szerkezettel rendelkeznek, amely protonokat rendez el a hidrogénkontaktusokban. A SEP akkor következik be, ha az összes proton rendben van.

Ebbe a kategóriába tartozó elemeket nemlineáris optikai eszközökben és elektromos optikában használják.

A második kategóriába tartozó ferroelektromos anyagokban a protonok hasonló elrendezésűek, a glicinmolekulák közelében csak dipólusok képződnek.

E csoport összetevőit korlátozott mértékben használják. Általában piro vevőket tartalmaznak.

Folyadékkristályos nézetek

A poláris molekulák sorba rendezett jelenléte jellemzi őket. Itt világosan megnyilvánulnak a ferroelektrikumok fő sajátosságai.

Optikai tulajdonságaikat a hőmérséklet és a külső elektromos spektrum vektora befolyásolja.

Ezen tényezők alapján az ilyen típusú ferroelektromos elemek optikai érzékelőkben, monitorokban, bannerekben stb. valósulnak meg.

Különbségek a két osztály között

A ferroelektromos anyagok ionokat vagy dipólusokat tartalmazó képződmények. Tulajdonságaikban jelentős különbségek vannak. Tehát az első komponensek egyáltalán nem oldódnak vízben, de erős mechanikai szilárdsággal rendelkeznek. Könnyen alakíthatók polikristályos formában, feltéve, hogy a kerámiarendszert működtetik.

Ez utóbbi könnyen oldódik vízben és elhanyagolható erősségű. Lehetővé teszik szilárd paraméterű egykristályok képződését vizes kompozíciókból.

Domainek

A ferroelektromos elemek legtöbb jellemzője a tartományoktól függ. Így a kapcsolási áram paramétere szorosan összefügg a viselkedésükkel. Egykristályban és kerámiában egyaránt megtalálhatók.

A ferroelektromos tartomány szerkezete makroszkopikus méretű szektor. Ebben az önkényes polarizáció vektorában nincsenek eltérések. És csak a szomszédos szektorokban van különbség egy hasonló vektorhoz képest.

A tartományok külön falak, amelyek mozoghatnak az egykristály belső terében. Ebben az esetben egyes területeken növekedés, más területeken csökkenés tapasztalható. Repolarizáció esetén a szektorok a falak elmozdulása vagy hasonló folyamatok miatt alakulnak ki.

A ferroelektromos anyagok elektromos tulajdonságai,amelyek egykristályok, a kristályrács szimmetriája alapján jönnek létre.

A legjövedelmezőbb energiaszerkezetet az jellemzi, hogy a benne lévő tartományhatárok elektromosan semlegesek. Így a polarizációs vektor egy adott tartomány határára vetül, és megegyezik annak hosszával. Ugyanakkor a legközelebbi tartomány felőli azonos vektorral ellentétes irányú.

Ezért a tartományok elektromos paraméterei a head-tail séma alapján alakulnak ki. Meghatározzák a tartományok lineáris értékeit. 10^-4-10^-1 lásd

Polarizáció

A külső elektromos tér hatására a tartományok elektromos hatásának vektora megváltozik. Így a ferroelektromos elemek erőteljes polarizációja lép fel. Ennek eredményeként a dielektromos állandó hatalmas értékeket ér el.

A tartományok polarizációját eredetük és határaik eltolódása miatti fejlődésük magyarázza.

A ferroelektromos elemek jelzett szerkezete indukciójuk közvetett függőségét okozza a külső tér feszültségének mértékétől. Ha gyenge, a szektorok közötti kapcsolat lineáris. Megjelenik egy szakasz, ahol a tartománykorlátok reverzibilis elv szerint eltolódnak.

Az erős mezők zónájában egy ilyen folyamat visszafordíthatatlan. Ugyanakkor nőnek azok a szektorok, amelyeknél a SEP vektor a mezővektorral a minimális szöget bezárja. És egy bizonyos feszültségnél minden tartomány pontosan a mező mentén sorakozik. A technikai telítettség kialakul.

Ilyen körülmények között, amikor a feszültséget nullára csökkentik, az indukció nem fordul elő hasonló módon. Ő azmegkapja a maradék D_r. Ha ellentétes töltésű mező hat rá, az gyorsan csökken, és megváltoztatja a vektorát.

A feszültség későbbi fejlődése ismét technikai telítettséghez vezet. Így jelöljük a ferroelektromos függését a polarizáció megfordításától változó spektrumokban. Ezzel a folyamattal párhuzamosan hiszterézis lép fel.

Annak az E_r, tartomány intenzitása, amelynél az indukció a nulla értéken át megy, a kényszerítő erő.

Hiszterézis folyamat

Ezzel a tartományhatárok visszafordíthatatlanul eltolódnak a mező hatására. Ez a tartományok elrendezéséhez szükséges energiaköltségek miatti dielektromos veszteségek jelenlétét jelenti.

Itt egy hiszterézis hurok alakul ki.

Területe a ferroelektromosban egy ciklus alatt elhasznált energiának felel meg. A veszteségek miatt kialakul benne a 0, 1 szög érintője.

A hiszterézis hurkok különböző amplitúdóértékekkel jönnek létre. Ezek csúcsai együtt alkotják a fő polarizációs görbét.

Mérési műveletek

A ferroelektromos anyagok dielektromos állandója szinte minden osztályban eltér a szilárdanyag-értékekben még a T_K.

értékektől is

Mérése a következő: két elektródát helyezünk a kristályra. A kapacitása változó tartományban van meghatározva.

Fentmutatók T_K áteresztőképességnek van bizonyos hőfüggősége. Ezt a Curie-Weiss törvény alapján lehet kiszámítani. A következő képlet működik itt:

e=4 pC / (T-Tc).

Ebben a C a Curie-állandó. Az átmeneti értékek alá gyorsan esik.

Az "e" betű a képletben nemlinearitást jelent, ami itt elég szűk spektrumban van jelen, eltolófeszültséggel. Emiatt és a hiszterézis miatt a ferroelektromos permeabilitása és térfogata az üzemmódtól függ.

A permeabilitás típusai

A nemlineáris alkatrész különböző működési feltételei között lévő anyag megváltoztatja a minőségét. Jellemzésére a következő típusú permeabilitást használják:

1. Statisztikai (e_st). Kiszámításához a fő polarizációs görbét használjuk: e_st =D / (e₀E)=1 + P / (e 0_{E) » P / (e}0_E).
2. Fordítva (e_p). A ferroelektromos polarizációjának változását jelöli a változó tartományban egy stabil tér párhuzamos hatására.
3. Hatékony (e_ef). A tényleges I áramból számítva (nem szinuszos típust jelent), amely a nemlineáris komponenssel együtt megy. Ebben az esetben van egy U aktív feszültség és egy w szögfrekvencia. A képlet működik: e_ef ~ C_ef =I / (wU).
4. Kezdő. Rendkívül gyenge spektrumban határozzák meg.

A piroelektromos eszközök két fő típusa

Ezek ferroelektromos és antiferroelektromos anyagok. Van nekikvannak BOT szektorok – tartományok.

Az első formában egy tartomány depolarizáló gömböt alkot maga körül.

Ha sok tartomány jön létre, ez csökken. A depolarizáció energiája is csökken, de a szektorfalak energiája nő. A folyamat akkor fejeződik be, ha ezek a mutatók ugyanabban a sorrendben vannak.

Mi a viselkedése a HSE-nek, amikor a ferroelektromos elemek a külső szférában vannak, fentebb leírtuk.

Antiferroelectrics – legalább két, egymásba helyezett részrács asszimilációja. Mindegyikben a dipólustényezők iránya párhuzamos. A közös dipólusindexük pedig 0.

Gyenge spektrumokban az antiferroelektromos anyagokat lineáris polarizáció jellemzi. De ahogy a térerő növekszik, ferroelektromos állapotokat szerezhetnek. A mezőparaméterek 0-tól E_{1-ig fejlődnek.} A polarizáció lineárisan növekszik. A fordított mozgásnál már távolodik a mezőtől - hurok keletkezik.

Amikor az E_{2 tartomány erőssége kialakul, a} ferroelektromos antipódjává alakul.

Az E mezővektor megváltoztatásakor a helyzet azonos. Ez azt jelenti, hogy a görbe szimmetrikus.

A Curie-jelet meghaladó antiferroelektromos paraelektromos állapotot kap.

Ennél a pontnál alacsonyabb megközelítéssel az áteresztőképesség elér egy bizonyos maximumot. Fölötte a Curie-Weiss képlet szerint változik. Az abszolút permeabilitási paraméter azonban a jelzett ponton alacsonyabb, mint a ferroelektromosoké.

Sok esetben az antiferroelektromos szerek igenantipódjaihoz hasonló kristályos szerkezet. Ritka esetekben és azonos vegyületekkel, de eltérő hőmérsékleten mindkét piroelektromos fázis fázisa megjelenik.

A leghíresebb antiferroelektromos anyagok a NaNbO_3, NH₄H₂P0 4 _{stb. Számuk alacsonyabb, mint a közönséges ferroelektromosoké.}