ფეროელექტრიკა არის კონცეფცია, განმარტება, თვისებები და გამოყენება

2024 ავტორი: Angel Austin | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2023-12-17 05:32

ფეროელექტრიკა არის ელემენტები სპონტანური ელექტრო პოლარიზებით (SEP). მისი შებრუნების ინიციატორი შეიძლება იყოს E ელექტრული დიაპაზონის აპლიკაციები შესაბამისი პარამეტრებით და მიმართულების ვექტორებით. ამ პროცესს რეპოლარიზაცია ეწოდება. მას აუცილებლად თან ახლავს ისტერეზი.

საერთო მახასიათებლები

ფეროელექტრიკა არის კომპონენტები, რომლებსაც აქვთ:

1. კოლოსური ნებაყოფლობით.
2. ძლიერი პიეზო მოდული.
3. ციკლი.

ფეროელექტროების გამოყენება მრავალ ინდუსტრიაში ხორციელდება. აი რამდენიმე მაგალითი:

1. რადიოინჟინერია.
2. კვანტური ელექტრონიკა.
3. გაზომვის ტექნოლოგია.
4. ელექტრო აკუსტიკა.

ფეროელექტროები არის მყარი ნივთიერებები, რომლებიც არ არიან ლითონები. მათი შესწავლა ყველაზე ეფექტურია, როდესაც მათი მდგომარეობა ერთკრისტალურია.

ნათელი სპეციფიკა

ამ ელემენტებიდან მხოლოდ სამია:

1. შექცევადი პოლარიზაცია.
2. არაწრფივობა.
3. ანომალიური მახასიათებლები.

ბევრი ფეროელექტრიკა წყვეტს ფეროელექტროულობას, როდესაც ისინიტემპერატურის გარდამავალი პირობები. ასეთ პარამეტრებს უწოდებენ T_K. ნივთიერებები არანორმალურად იქცევიან. მათი დიელექტრიკული მუდმივი სწრაფად ვითარდება და აღწევს მყარ დონეებს.

კლასიფიკაცია

ის საკმაოდ რთულია. როგორც წესი, მისი ძირითადი ასპექტებია ელემენტების დიზაინი და SEP-ის ფორმირების ტექნოლოგია მასთან კონტაქტში ფაზების ცვლილების დროს. აქ არის დაყოფა ორ ტიპად:

1. ოფსეტური. მათი იონები იცვლება ფაზური მოძრაობის დროს.
2. წესრიგი ქაოსია. ანალოგიურ პირობებში, მათში დალაგებულია საწყისი ფაზის დიპოლები.

ამ სახეობებს ასევე აქვთ ქვესახეობები. მაგალითად, მიკერძოებული კომპონენტები იყოფა ორ კატეგორიად: პეროვსკიტები და ფსევდო-ილმენიტები.

მეორე ტიპი იყოფა სამ კლასად:

1. კალიუმის დიჰიდროფოსფატები (KDR) და ტუტე ლითონები (მაგ. KH₂AsO₄ და KH_{2 PO}4 _).
2. ტრიგლიცინის სულფატები (THS): (NH₂CH₂COOH₃)× H ₂SO_4.
3. თხევადკრისტალური კომპონენტები

პეროვსკიტები

ეს ელემენტები არსებობს ორ ფორმატში:

1. მონოკრისტალური.
2. კერამიკა.

ისინი შეიცავენ ჟანგბადის ოქტაედრონს, რომელიც შეიცავს Ti იონს 4-5 ვალენტობით.

როდესაც პარაელექტრული ეტაპი ხდება, კრისტალები იძენენ კუბურ სტრუქტურას. იონები, როგორიცაა Ba და Cd, კონცენტრირებულია ზედა ნაწილში. და მათი ჟანგბადის ანალოგები განლაგებულია სახეების შუაში. ასე ყალიბდებაოქტაედონი.

როდესაც აქ ტიტანის იონები იცვლება, SEP ხორციელდება. ასეთ ფეროელექტროებს შეუძლიათ შექმნან მყარი ნარევები მსგავსი სტრუქტურის წარმონაქმნებით. მაგალითად, PbTiO₃-PbZrO₃ . ეს იწვევს კერამიკას შესაფერისი მახასიათებლებით ისეთი მოწყობილობებისთვის, როგორიცაა ვარიკონდა, პიეზო აქტივატორები, პოზისტორი და ა.შ.

ფსევდო-ილმენიტები

ისინი განსხვავდებიან რომბოედრული კონფიგურაციით. მათი ნათელი სპეციფიკა არის მაღალი კურიის ტემპერატურის მაჩვენებლები.

ისინი ასევე კრისტალები არიან. როგორც წესი, ისინი გამოიყენება აკუსტიკური მექანიზმებში ზედა დიდ ტალღებზე. შემდეგი მოწყობილობები ხასიათდება მათი არსებობით:

- რეზონატორები;

- ფილტრები ზოლებით;

- მაღალი სიხშირის აკუსტო-ოპტიკური მოდულატორები;

- პირო მიმღებები.

ისინი ასევე დანერგილია ელექტრონულ და ოპტიკურ არაწრფივ მოწყობილობებში.

KDR და TGS

პირველი დანიშნული კლასის ფეროელექტრიკას აქვს სტრუქტურა, რომელიც აწყობს პროტონებს წყალბადის კონტაქტებში. SEP ხდება მაშინ, როდესაც ყველა პროტონი წესრიგშია.

ამ კატეგორიის ელემენტები გამოიყენება არაწრფივ ოპტიკურ მოწყობილობებში და ელექტრო ოპტიკაში.

მეორე კატეგორიის ფეროელექტრიკაში პროტონები მოწესრიგებულია ანალოგიურად, მხოლოდ დიპოლები წარმოიქმნება გლიცინის მოლეკულებთან.

ამ ჯგუფის კომპონენტები გამოიყენება შეზღუდული რაოდენობით. ჩვეულებრივ ისინი შეიცავს პირო მიმღებებს.

თხევადი ბროლის ხედები

მათ ახასიათებთ თანმიმდევრობით განლაგებული პოლარული მოლეკულების არსებობა.აქ ნათლად ვლინდება ფეროელექტრიკის ძირითადი სპეციფიკა.

მათ ოპტიკურ თვისებებზე გავლენას ახდენს ტემპერატურა და გარე ელექტრული სპექტრის ვექტორი.

ამ ფაქტორებიდან გამომდინარე, ამ ტიპის ფეროელექტრიკის გამოყენება დანერგილია ოპტიკურ სენსორებში, მონიტორებში, ბანერებში და ა.შ.

განსხვავებები ორ კლასს შორის

ფეროელექტრიკები არის წარმონაქმნები იონებით ან დიპოლებით. მათ აქვთ მნიშვნელოვანი განსხვავებები მათ თვისებებში. ასე რომ, პირველი კომპონენტები საერთოდ არ იხსნება წყალში, მაგრამ მათ აქვთ ძლიერი მექანიკური ძალა. ისინი ადვილად ფორმირდება პოლიკრისტალურ ფორმატში იმ პირობით, რომ კერამიკული სისტემა მუშაობს.

ეს უკანასკნელი ადვილად იხსნება წყალში და აქვს უმნიშვნელო სიმტკიცე. ისინი იძლევიან მყარი პარამეტრების ერთკრისტალების ფორმირებას წყლის კომპოზიციებიდან.

დომენი

ფეროელექტრიკის მახასიათებლების უმეტესობა დამოკიდებულია დომენებზე. ამრიგად, გადართვის დენის პარამეტრი მჭიდროდ არის დაკავშირებული მათ ქცევასთან. ისინი გვხვდება როგორც ერთკრისტალებში, ასევე კერამიკაში.

ფეროელექტრიკის დომენური სტრუქტურა მაკროსკოპული განზომილებების სექტორია. მასში თვითნებური პოლარიზაციის ვექტორს არ აქვს შეუსაბამობები. და არის მხოლოდ განსხვავებები მსგავსი ვექტორისგან მეზობელ სექტორებში.

დომენები გამოყოფენ კედლებს, რომლებსაც შეუძლიათ ერთი ბროლის შიდა სივრცეში გადაადგილება. ამ შემთხვევაში, ზოგიერთ დომენში არის ზრდა და სხვა დომენების შემცირება. როდესაც ხდება რეპოლარიზაცია, სექტორები ვითარდება კედლების გადაადგილების ან მსგავსი პროცესების გამო.

ფეროელექტრიკის ელექტრული თვისებები,რომლებიც ერთკრისტალებია, წარმოიქმნება ბროლის გისოსების სიმეტრიის საფუძველზე.

ყველაზე მომგებიანი ენერგეტიკული სტრუქტურა ხასიათდება იმით, რომ მასში დომენის საზღვრები ელექტრონულად ნეიტრალურია. ამრიგად, პოლარიზაციის ვექტორი პროეცირებულია კონკრეტული დომენის საზღვარზე და უდრის მის სიგრძეს. ამავდროულად, ის მიმართულების საპირისპიროა იდენტური ვექტორის მიმართ უახლოესი დომენის მხრიდან.

შესაბამისად, დომენების ელექტრული პარამეტრები ყალიბდება თავ-კუდის სქემის საფუძველზე. განისაზღვრება დომენების ხაზოვანი მნიშვნელობები. ისინი არიან დიაპაზონში 10^-4-10^-1 იხილეთ

პოლარიზაცია

გარე ელექტრული ველის გამო იცვლება დომენების ელექტრული მოქმედებების ვექტორი. ამრიგად, წარმოიქმნება ფეროელექტრიკის ძლიერი პოლარიზაცია. შედეგად, დიელექტრიკული მუდმივი აღწევს უზარმაზარ მნიშვნელობებს.

დომენების პოლარიზაცია აიხსნება მათი წარმოშობითა და განვითარებით მათი საზღვრების ცვლის გამო.

ფეროელექტრიკის მითითებული სტრუქტურა იწვევს მათი ინდუქციის არაპირდაპირ დამოკიდებულებას გარე ველის ძაბვის ხარისხზე. როდესაც ის სუსტია, სექტორებს შორის ურთიერთობა წრფივია. ჩნდება განყოფილება, სადაც დომენის ლიმიტები გადაინაცვლებს შექცევადი პრინციპის მიხედვით.

მძლავრი ველების ზონაში ასეთი პროცესი შეუქცევადია. ამავდროულად, იზრდება სექტორები, რომლებისთვისაც SEP ვექტორი ქმნის მინიმალურ კუთხეს ველის ვექტორთან. და გარკვეული დაძაბულობის დროს, ყველა დომენი დგას ზუსტად ველის გასწვრივ. ფორმირდება ტექნიკური გაჯერება.

ასეთ პირობებში, როდესაც დაძაბულობა ნულამდე მცირდება, ინდუქციის მსგავსი უკუქცევა არ ხდება. Ის არისიღებს ნარჩენს D_r. თუ მასზე გავლენას მოახდენს საპირისპირო მუხტის მქონე ველი, ის სწრაფად შემცირდება და შეცვლის მის ვექტორს.

დაძაბულობის შემდგომი განვითარება კვლავ იწვევს ტექნიკურ გაჯერებას. ამრიგად, ფეროელექტრიკის დამოკიდებულება პოლარიზაციის შებრუნებაზე სხვადასხვა სპექტრში აღინიშნება. ამ პროცესის პარალელურად ხდება ჰისტერეზი.

E_r, დიაპაზონის ინტენსივობა, რომლის დროსაც ინდუქცია მიჰყვება ნულოვან მნიშვნელობას, არის იძულებითი ძალა.

ჰისტერეზის პროცესი

თან ერთად დომენის საზღვრები შეუქცევად იცვლება ველის გავლენის ქვეშ. ეს ნიშნავს დიელექტრიკის დანაკარგების არსებობას ენერგეტიკული ხარჯების გამო დომენების მოწყობისთვის.

აქ იქმნება ჰისტერეზის მარყუჟი.

მისი ფართობი შეესაბამება ფეროელექტროში ერთ ციკლში დახარჯულ ენერგიას. დანაკარგების გამო მასში წარმოიქმნება კუთხის ტანგენსი 0, 1.

ჰისტერეზის მარყუჟები იქმნება სხვადასხვა ამპლიტუდის მნიშვნელობებზე. მათი მწვერვალები ერთად ქმნიან პოლარიზაციის მთავარ მრუდს.

საზომი ოპერაციები

თითქმის ყველა კლასის ფეროელექტრიკულების დიელექტრიკული მუდმივი განსხვავდება მყარი მნიშვნელობებით თუნდაც T_{K-დან დაშორებული მნიშვნელობებით.}

მისი გაზომვა ასეთია: ბროლზე ორი ელექტროდია გამოყენებული. მისი სიმძლავრე განისაზღვრება ცვლადი დიაპაზონში.

ზემოთინდიკატორები T_K გამტარიანობას აქვს გარკვეული თერმული დამოკიდებულება. ეს შეიძლება გამოითვალოს კიური-ვაისის კანონის საფუძველზე. აქ მუშაობს შემდეგი ფორმულა:

e=4pC / (T-Tc).

მასში C არის კიურის მუდმივი. გარდამავალი მნიშვნელობების ქვემოთ, ის სწრაფად ეცემა.

ფორმულაში ასო "ე" ნიშნავს არაწრფივობას, რომელიც აქ არის საკმაოდ ვიწრო სპექტრით ცვლადი ძაბვით. მისი და ჰისტერეზის გამო ფეროელექტრის გამტარიანობა და მოცულობა დამოკიდებულია მუშაობის რეჟიმზე.

გამტარობის სახეები

მასალა არაწრფივი კომპონენტის მუშაობის სხვადასხვა პირობებში ცვლის თავის თვისებებს. მათი დასახასიათებლად გამოიყენება გამტარიანობის შემდეგი ტიპები:

1. სტატისტიკური (e_st). მის გამოსათვლელად გამოიყენება პოლარიზაციის მთავარი მრუდი: e_st =D / (e₀E)=1 + P / (e 0_{E) » P / (e}0_E).
2. საპირისპირო (e_p). ნიშნავს ფეროელექტრის პოლარიზაციის ცვლილებას ცვლადი დიაპაზონში სტაბილური ველის პარალელური გავლენის ქვეშ.
3. ეფექტური (e_ef). გამოითვლება ფაქტობრივი დენიდან I (იგულისხმება არასინუსოიდური ტიპი), რომელიც მიდის არაწრფივ კომპონენტთან ერთად. ამ შემთხვევაში არის აქტიური ძაბვა U და კუთხური სიხშირე w. ფორმულა მუშაობს: e_ef ~ C_ef =I / (wU).
4. საწყისი. იგი განისაზღვრება უკიდურესად სუსტი სპექტრებით.

პიროელექტრის ორი ძირითადი ტიპი

ეს არის ფეროელექტროები და ანტიფეროელექტრები. Მათ აქვთარის BOT სექტორები - დომენები.

პირველ ფორმაში, ერთი დომენი ქმნის დეპოლარიზაციულ სფეროს თავის გარშემო.

როდესაც ბევრი დომენი იქმნება, ის მცირდება. მცირდება დეპოლარიზაციის ენერგიაც, მაგრამ იზრდება სექტორის კედლების ენერგია. პროცესი სრულდება, როდესაც ეს მაჩვენებლები ერთნაირი თანმიმდევრობითაა.

როგორია HSE-ს ქცევა, როდესაც ფეროელექტროები გარე სფეროშია, აღწერილი იყო ზემოთ.

ანტიფეროელექტრიკა - ერთმანეთის შიგნით მოთავსებული მინიმუმ ორი ქველატის ასიმილაცია. თითოეულში დიპოლური ფაქტორების მიმართულება პარალელურია. და მათი საერთო დიპოლური ინდექსი არის 0.

სუსტ სპექტრებში ანტიფეროელექტროები გამოირჩევიან პოლარიზაციის ხაზოვანი ტიპის მიხედვით. მაგრამ როდესაც ველის სიძლიერე იზრდება, მათ შეუძლიათ შეიძინონ ფეროელექტრული პირობები. ველის პარამეტრები ვითარდება 0-დან E_1-მდე. პოლარიზაცია იზრდება ხაზოვანი. საპირისპირო მოძრაობაზე ის უკვე შორდება მინდორს - მიიღება მარყუჟი.

როდესაც ყალიბდება E_{2 დიაპაზონის სიძლიერე,} ფეროელექტრიკი გარდაიქმნება მის ანტიპოდად.

E ველის ვექტორის შეცვლისას სიტუაცია იდენტურია. ეს ნიშნავს, რომ მრუდი სიმეტრიულია.

ანტიფეროელექტრული, რომელიც აღემატება კიურის ნიშნულს, იძენს პარაელექტრიულ პირობებს.

ამ წერტილის ქვედა მიდგომით, გამტარიანობა აღწევს გარკვეულ მაქსიმუმს. ზემოთ, ის განსხვავდება Curie-Weiss-ის ფორმულის მიხედვით. თუმცა, მითითებულ წერტილში აბსოლუტური გამტარიანობის პარამეტრი ჩამოუვარდება ფეროელექტრიკას.

ხშირ შემთხვევაში ანტიფეროელექტრიკულებს აქვთმათი ანტიპოდების მსგავსი კრისტალური სტრუქტურა. იშვიათ სიტუაციებში და იდენტური ნაერთებით, მაგრამ სხვადასხვა ტემპერატურაზე, ჩნდება ორივე პიროელექტრის ფაზები.

ყველაზე ცნობილი ანტიფეროელექტროებია NaNbO_3, NH₄H₂P0 4 _{და ა.შ. მათი რიცხვი ჩამოუვარდება ჩვეულებრივი ფეროელექტროების რაოდენობას.}