aктивной діелектриків
1 Загальні відомості про активні діелектриках
Активними називаються діелектрики, властивостями яких можна керувати за допомогою зовнішніх енергетичних впливів і використовувати для створення функціональних елементів електроніки. Активні діелектрики дозволяють здійснити генерацію, посилення, фільтрацію, модуляцію електричних і оптичних сигналів, запам'ятовування і перетворення інформації.
До числа активних діелектриків відносять сегнето-, п'єзо-та піроелектрики, електрети, матеріали квантової електроніки, рідкі кристали, електро-, магніто-і акустооптичні матеріали, діелектричні кристали з нелінійними оптичними властивостями та ін
Властивостями активних діелектриків володіють тверді, рідкі газоподібні речовини. За хімічним складом це можуть бути органічні й неорганічні матеріали. За властивостями і будовою їх можна поділити на полярні і неполярні, кристалічні і аморфні діелектрики. Різкої межі між активними і пасивними діелектриками не існує. Один і той же матеріал в різних умовах експлуатації може виконувати або пасивні функції ізолятора або конденсатора або активні функції керуючого або перетворюючого елемента.
2. Сегнетоелектріки
Сегнетоелектріки називають речовини, що володіють спонтанною (мимовільної) поляризацією, напрямок якої може бути змінено за допомогою зовнішнього електричного поля.
У відсутності зовнішнього електричного поля сегнетоелектріки, як правило, мають доменну структуру. Домени - це макроскопічні області, що володіють спонтанною поляризацією, яка виникає під впливом внутрішніх процесів в діелектрику. Лінійні розміри доменів складають 0.001 - 1 мм. Напрямок електричних моментів у різних доменів різному. У результаті сумарна поляризованість зразка в цілому дорівнює нулю.
Зовнішнє електричне поле змінює напрям електричних моментів доменів, відбувається процес зародження і зростання нових доменів за рахунок зміщення доменних кордонів. У результаті відбувається переорієнтація вектора спонтанної поляризації в напрямку зовнішнього поля. Це створює ефект дуже сильною поляризації та обумовлює надвисокі значення діелектричної проникності сегнетоелектриків (до сотень тисяч). Залежність поляризованности Р від напруженості поля Е нелінійна і при циклічному зміні Е має вигляд петлі гистерезиса (мал. 34). Напруженість поля Ес, при якій відбувається зміна напрямки поляризованности називають коерцитивної силою. Діелектричний гістерезис зумовлений необоротним зміщенням доменних меж під дією поля і свідчить про додаткові витрати енергії, пов'язаних з орієнтацією доменів. Площа петлі гистерезиса пропорційна енергії, що розсіюється в діелектрику за один період. Тому сегнетоелектріки характеризуються великою значенням тангенса кута втрат (tg d = 0.1).
Наявність петлі гистерезиса є основною властивістю сегнетоелектриків, яке відрізняє їх від інших класів діелектриків. Іншим характерним параметром сегнетоелектриків є сегнетоелектричної точка Кюрі - температура при якій виникає (При охолодженні) або зникає (при нагріванні) спонтанна поляризація, а діелектрична поляризація досягає свого максимального значення (рис.35). Після досягнення точки Кюрі доменна структура розпадається і сегнетоелектрик переходить у пароелектріческое стан. Це супроводжується різким зменшенням tgd, оскільки зникають втрати на гістерезис. При температурах вище точки Кюрі залежність діелектричної проникності від температури підкоряється закону Кюрі-Вейсса. br/>В
де C - константа Кюрі; q - температура Кюрі-Вейсса.
За типом хімічного зв'язку та фізичними властивостями сегнетоелектріки підрозділяють на іонні і дипольні кристали. p> До іонним сегнетоелектриків відноситься титанат барію (BaTiO3), титанат свинцю (PbTiO3), ніобат літію (LiNbO3), танталат літію (LiTaO3) та ін Ці сполуки не розчинні у воді, мають значної механічною міцністю, легко виходять у вигляді полікристалів по керамічній технології, мають більш високу температуру Кюрі і більше значення спонтанної поярізованності, ніж дипольні сегнетоелектріки.
До дипольним сегнетоелектриків відносяться сегнетова сіль, дігідросульфат калію (KH2PO4), нітрит натрію (NaNО2) та ін Дипольні сегнетоелектріки дуже добре розчиняються у воді і володіють малою механічною міцністю, точка Кюрі у багатьох з них набагато нижче кімнатної температури.
Сегнетоелектріки застосовуються для виготовлення малогабаритних низькочастотних конденсаторів, термоелектричних і піроелектричних перетворювачів, діелектричних підсилювачів і модуляторів, елементів пам'яті і перетворювачів лазерного випромінювання.
Конденсаторная сегнетокераміки повинна мати найбільшу величину діелектричної проникності з малою залежністю її від температури, невеликі втрати, найменшу залежність Е і tgd від напруженості електричного поля (малу нелінійність), ...
