Ferroelectrics ni Dhana, ufafanuzi, sifa na matumizi

2024 Mwandishi: Angel Austin | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2023-12-17 05:42

Ferroelectrics ni vipengele vilivyo na polarization ya kielektroniki (SEP). Waanzilishi wa ugeuzi wake wanaweza kuwa matumizi ya anuwai ya umeme E na vigezo vinavyofaa na vekta za mwelekeo. Utaratibu huu unaitwa repolarization. Ni lazima iambatane na hysteresis.

Vipengele vya kawaida

Ferroelectrics ni vipengele ambavyo vina:

1. Ruhusa kubwa sana.
2. Moduli ya piezo yenye nguvu.
3. Kitanzi.

Matumizi ya ferroelectrics hufanywa katika tasnia nyingi. Hii hapa baadhi ya mifano:

1. Uhandisi wa redio.
2. Quantum electronics.
3. Teknolojia ya kupimia.
4. Acoustic za umeme.

Ferroelectrics ni yabisi ambayo si metali. Utafiti wao ni mzuri zaidi wakati hali yao ni fuwele moja.

Maelezo angavu

Kuna vipengele vitatu pekee kati ya hivi:

1. Polarization inayoweza kutenduliwa.
2. Kutokuwa na mstari.
3. Sifa zisizo za kawaida.

Mimeme mingi ya feri huacha kutumia feri zinapokuwa ndanihali ya mpito ya joto. Vigezo hivyo huitwa T_K. Vitu vinatenda kwa njia isiyo ya kawaida. Dielectric constant yao hukua haraka na kufikia viwango thabiti.

Ainisho

Yeye ni mgumu sana. Kawaida vipengele vyake muhimu ni muundo wa vipengele na teknolojia ya malezi ya SEP katika kuwasiliana nayo wakati wa mabadiliko ya awamu. Hapa kuna mgawanyiko katika aina mbili:

1. Kuwa na uwiano. Ioni zao huhama wakati wa harakati za awamu.
2. Agizo ni fujo. Chini ya hali sawa, dipoles za awamu ya awali hupangwa ndani yao.

Aina hizi pia zina spishi ndogo. Kwa mfano, vijenzi vilivyoegemea upande mmoja viko katika makundi mawili: perovskites na pseudo-ilmenites.

Aina ya pili ina mgawanyiko katika madaraja matatu:

1. Potassium dihydrogen fosfati (KDR) na metali za alkali (k.m. KH₂AsO₄ na KH_{2 PO}4 _).
2. Triglycine sulfates (THS): (NH₂CH₂COOH₃)× H ₂SO_4.
3. Vijenzi vya kioo kioevu

Perovskites

Vipengele hivi vipo katika miundo miwili:

1. Monocrystalline.
2. Kauri.

Zina oktahedron ya oksijeni, ambayo ina Tiioni ya 4-5.

Wakati hatua ya paraelectric inapotokea, fuwele hupata muundo wa ujazo. Ioni kama Ba na Cd zimejilimbikizia juu. Na wenzao wa oksijeni wamewekwa katikati ya nyuso. Hivi ndivyo inavyoundwaoktahedron.

Ioni za titani zinapobadilika hapa, SEP inatekelezwa. Ferroelectrics kama hizo zinaweza kuunda mchanganyiko thabiti na muundo wa muundo sawa. Kwa mfano, PbTiO₃-PbZrO₃ . Hii inasababisha kuwepo kwa keramik zilizo na sifa zinazofaa kwa vifaa kama vile variconda, viamilishi vya piezo, positors, n.k.

Imenite-za-uongo

Zinatofautiana katika usanidi wa rhombohedral. Umaalum wao mkali ni viashirio vya juu vya halijoto ya Curie.

Pia ni fuwele. Kama sheria, hutumiwa katika mifumo ya akustisk kwenye mawimbi makubwa ya juu. Vifaa vifuatavyo vina sifa ya uwepo wao:

- vitoa sauti;

- vichujio vyenye michirizi;

- moduli za masafa ya juu acousto-optic;

- vipokeaji pyro.

Pia zinaletwa katika vifaa vya kielektroniki na macho visivyo laini.

KDR na TGS

Ferroelectrics za darasa la kwanza zilizoteuliwa zina muundo unaopanga protoni katika viunganishi vya hidrojeni. SEP hutokea wakati protoni zote ziko katika mpangilio.

Vipengee vya aina hii vinatumika katika vifaa vya macho visivyo na mstari na aptiki za umeme.

Katika ferroelectrics za kitengo cha pili, protoni hupangwa kwa njia sawa, dipole pekee hutengenezwa karibu na molekuli za glycine.

Vipengele vya kikundi hiki vinatumika kwa kiasi fulani. Kawaida huwa na vipokezi vya pyro.

Mionekano ya kioo kioevu

Zina sifa ya kuwepo kwa molekuli za polar zilizopangwa kwa mpangilio. Hapa, sifa kuu za ferroelectrics zinaonyeshwa wazi.

Sifa zao za macho huathiriwa na halijoto na vekta ya wigo wa nje wa umeme.

Kulingana na vipengele hivi, matumizi ya ferroelectrics ya aina hii hutekelezwa katika vitambuzi vya macho, vidhibiti, mabango, n.k.

Tofauti kati ya madarasa haya mawili

Ferroelectrics ni miundo yenye ayoni au dipole. Wana tofauti kubwa katika mali zao. Kwa hivyo, vipengele vya kwanza havifunguki katika maji kabisa, lakini vina nguvu za mitambo yenye nguvu. Zinaundwa kwa urahisi katika umbizo la polycrystal mradi tu mfumo wa kauri ufanyike.

Nyeyuka kwa urahisi ndani ya maji na kuwa na nguvu kidogo. Huruhusu uundaji wa fuwele moja ya vigezo dhabiti kutoka kwa utunzi wa maji.

Vikoa

Sifa nyingi za ferroelectrics hutegemea vikoa. Kwa hivyo, parameter ya sasa ya kubadili inahusiana kwa karibu na tabia zao. Zinapatikana katika fuwele moja na kauri.

Muundo wa kikoa cha ferroelectrics ni sekta ya vipimo vikubwa. Ndani yake, vector ya polarization ya kiholela haina tofauti. Na kuna tofauti pekee kutoka kwa vekta sawa katika sekta za jirani.

Vikoa hutenganisha kuta zinazoweza kusogea katika nafasi ya ndani ya fuwele moja. Katika kesi hii, kuna ongezeko la baadhi na kupungua kwa vikoa vingine. Wakati kuna utenganisho, sekta huendelea kutokana na kuhamishwa kwa kuta au michakato kama hiyo.

Sifa za umeme za ferroelectric,ambazo ni fuwele moja, huundwa kwa kuzingatia ulinganifu wa kimiani kioo.

Muundo wa nishati wenye faida zaidi unaangaziwa na ukweli kwamba mipaka ya kikoa ndani yake haitumiki kwa njia ya kielektroniki. Kwa hivyo, vector ya polarization inakadiriwa kwenye mpaka wa kikoa fulani na ni sawa na urefu wake. Wakati huo huo, iko kinyume katika mwelekeo wa vekta inayofanana kutoka kwa upande wa kikoa kilicho karibu zaidi.

Kwa hivyo, vigezo vya umeme vya vikoa huundwa kwa misingi ya mpango wa kichwa-mkia. Thamani za mstari za vikoa zimebainishwa. Zipo katika masafa 10^-4-10^-1 tazama

Polarization

Kutokana na sehemu ya nje ya umeme, vekta ya vitendo vya kielektroniki vya vikoa hubadilika. Kwa hivyo, polarization yenye nguvu ya ferroelectrics hutokea. Kwa hivyo, dielectric constant hufikia thamani kubwa.

Mgawanyiko wa vikoa unaelezewa na asili na maendeleo yao kutokana na kuhamishwa kwa mipaka yake.

Muundo uliobainishwa wa ferroelectrics husababisha utegemezi usio wa moja kwa moja wa kuingizwa kwao kwenye kiwango cha voltage ya uga wa nje. Wakati ni dhaifu, uhusiano kati ya sekta ni linear. Sehemu inaonekana ambapo vikomo vya kikoa vinahamishwa kulingana na kanuni inayoweza kutenduliwa.

Katika ukanda wa sehemu zenye nguvu, mchakato kama huu hauwezi kutenduliwa. Wakati huo huo, sekta ambazo vector ya SEP huunda angle ya chini na vector ya shamba kukua. Na kwa mvutano fulani, vikoa vyote hujipanga kando ya uwanja. Kueneza kiufundi kunaundwa.

Chini ya hali kama hizi, mvutano unapopunguzwa hadi sifuri, hakuna ubadilishaji sawa wa introduktionsutbildning. Yeye nihupata D_r. Iwapo itaathiriwa na sehemu yenye chaji tofauti, itapungua kwa kasi na kubadilisha vekta yake.

Kukuza kwa mvutano kwa baadae husababisha kueneza kiufundi. Kwa hivyo, utegemezi wa ferroelectric juu ya ubadilishaji wa polarization katika spectra tofauti huonyeshwa. Sambamba na mchakato huu, hysteresis hutokea.

Uzito wa masafa E_r, ambapo uingizaji hufuata thamani ya sifuri, ndiyo nguvu shurutisho.

Mchakato wa Hysteresis

Kwayo, mipaka ya kikoa huhamishwa bila kutenduliwa chini ya ushawishi wa uga. Inamaanisha kuwepo kwa hasara za dielectric kutokana na gharama za nishati kwa mpangilio wa vikoa.

Kitanzi cha hysteresis kinaundwa hapa.

Eneo lake linalingana na nishati inayotumika katika ferroelectric katika mzunguko mmoja. Kutokana na hasara, tanjiti ya pembe 0, 1 huundwa ndani yake.

Mizunguko ya Hysteresis huundwa kwa thamani tofauti za amplitude. Kwa pamoja, kilele chao huunda mkondo mkuu wa mgawanyiko.

Shughuli za kupima

Kiwango cha dielectric cha ferroelectrics cha takriban aina zote hutofautiana katika thamani dhabiti hata kwa thamani zilizo mbali na T_K.

Kipimo chake ni kama ifuatavyo: elektrodi mbili huwekwa kwenye fuwele. Uwezo wake umebainishwa katika masafa tofauti.

Hapo juuviashirio T_K upenyezaji una utegemezi fulani wa joto. Hii inaweza kuhesabiwa kulingana na sheria ya Curie-Weiss. Fomula ifuatayo inafanya kazi hapa:

e=4pC / (T-Tc).

Ndani yake, C ni Curie mara kwa mara. Chini ya thamani za mpito, inashuka kwa kasi.

Herufi "e" katika fomula ina maana isiyo ya mstari, ambayo inapatikana hapa katika wigo finyu kiasi na voltage inayosonga. Kwa sababu yake na hysteresis, upenyezaji na kiasi cha ferroelectric hutegemea hali ya uendeshaji.

Aina za upenyezaji

Nyenzo chini ya hali tofauti za uendeshaji za kijenzi kisicho mstari hubadilisha sifa zake. Aina zifuatazo za upenyezaji hutumika kuzibainisha:

1. Takwimu (e_st). Ili kuihesabu, mkunjo mkuu wa mgawanyiko hutumika: e_st =D / (e₀E)=1 + P / (e 0_{E) » P / (e}0_E).
2. Nyuma (e_p). Inaashiria mabadiliko katika mgawanyiko wa ferroelectric katika masafa tofauti chini ya ushawishi sambamba wa uga thabiti.
3. Inatumika (e_ef). Imekokotwa kutoka kwa nambari halisi ya I (inamaanisha aina isiyo ya sinusoidal) inayoenda kwa kushirikiana na kijenzi kisicho mstari. Katika kesi hii, kuna voltage ya kazi U na mzunguko wa angular w. Fomula inafanya kazi: e_ef ~ C_ef =I / (wU).
4. Awali. Inabainishwa katika mwonekano dhaifu sana.

Aina kuu mbili za umeme wa pai

Hizi ni ferroelectrics na antiferroelectrics. Wanakuna sekta za BOT - vikoa.

Katika umbo la kwanza, kikoa kimoja huunda tufe inayopunguza upole inayojizunguka yenyewe.

Vikoa vingi vinapoundwa, hupungua. Nishati ya depolarization pia hupungua, lakini nishati ya kuta za sekta huongezeka. Mchakato unakamilika wakati viashirio hivi viko katika mpangilio sawa.

Je, tabia ya HSE ni nini wakati ferroelectrics ziko katika nyanja ya nje, ilielezwa hapo juu.

Antiferroelectrics - unyambulishaji wa angalau vijiti viwili vilivyowekwa ndani ya kila kimoja. Katika kila moja, mwelekeo wa sababu za dipole ni sawa. Na faharasa yao ya kawaida ya dipole ni 0.

Katika mwonekano dhaifu, antiferroelectrics hutofautishwa kwa aina ya mstari wa ubaguzi. Lakini nguvu ya shamba inapoongezeka, wanaweza kupata hali ya ferroelectric. Vigezo vya sehemu hutengenezwa kutoka 0 hadi E_1. Polarization hukua kimstari. Kwenye mwendo wa kurudi nyuma, tayari anasogea mbali na uwanja - kitanzi kinapatikana.

Nguvu ya masafa E_{2 inapoundwa,} ferroelectric inabadilishwa kuwa antipode yake.

Unapobadilisha vekta E, hali ni sawa. Hii inamaanisha kuwa mkunjo una ulinganifu.

Umeme wa Antiferro, unaozidi alama ya Curie, hupata hali ya paraelectric.

Kwa mbinu ya chini zaidi ya hatua hii, upenyezaji hufikia upeo fulani. Juu yake, inatofautiana kulingana na formula ya Curie-Weiss. Hata hivyo, kigezo kamili cha upenyezaji katika sehemu iliyoonyeshwa ni duni kwa kile cha ferroelectrics.

Mara nyingi, antiferroelectrics zinamuundo wa fuwele sawa na antipodes zao. Katika hali nadra na kwa misombo inayofanana, lakini kwa viwango vya joto tofauti, awamu za umeme wa pyroelectric huonekana.

Vizuia umeme vinavyojulikana zaidi ni NaNbO_3, NH₄H₂P0 4 _{n.k. Nambari yao ni duni kuliko nambari ya umeme wa kawaida wa ferroelectric.}