Ferro-elektriese Material: Wat is dit?
Wat is Ferroelektriese Materiaal?
Ferroelektriese materiaal is materiaal wat ferroelektrisiteit vertoon. Ferroelektrisiteit is die vermoë van die materiaal om 'n spontane elektriese polarisasie te hê. Hierdie polarisasie kan omgekeer word deur die toepassing van 'n eksterne elektriese veld in die teenoorgestelde rigting (figure 1 hieronder). Ferroelektrisiteit (en dus ferroelektriese materiaal) is in 1921 deur Valasek met Rochelle-sout ontdek.
Die omkeering van die polariteit van 'n ferroelektriese materiaal deur die toepassing van 'n eksterne elektriese veld word "omskakeling" genoem.
Ferroelektriese materiaal kan die polarisasie handhaaf selfs nadat die elektriese veld weggeneme is. Ferroelektriese materiaal het sekere ooreenkomste met ferromagnetiese materiaal, wat 'n permanente magnetiese moment openbaar. Die histerezislus is byna dieselfde vir albei materiale.
Aangesien daar ooreenkomste is, is die voorvoegsel dieselfde vir albei materiale. Maar nie alle ferroelektriese materiaal hoef yster (Ferro) te bevat nie.
Al die ferroelektriese materiaal vertoon 'n piezoelektriese effek. Die teenoorstaande eienskappe van hierdie materiale word gesien in antiferromagnetiese materiale.
Teorie van Ferroelektriese Materiaal
Die vrye energie van ferroelektriese materiaal gebaseer op Ginburg-Landau-teorie sonder elektriese veld en enige toegepaste spanning kan as Taylor-uitbreiding geskryf word. Dit word in terme van P (ordeparameter) geskryf as
(as sesde-orde uitbreiding gebruik word)
Px → komponent van polarisasievektor, x
Py → komponent van polarisasievektor, y
Pz → komponent van polarisasievektor, z
αi, αij, αijk → koëffisiënte moet konstant wees met die kristal simmetrie.
α0 > 0, α111> 0 → vir alle ferroelektriese materiale
α11< 0 → ferroelektriese materiale met eerste-orde oorgang
α0 > 0 → ferroelektriese materiale met tweede-orde oorgang
Vir die ondersoek van verskillende verskynsels en domeinvorming in ferroelektriese materiale, word hierdie vergelykings in die faseveldmodel gebruik.
Gewoonlik word dit gebruik deur sommige terme soos 'n elastiese term, 'n gradiëntterm, en 'n elektrostatische term by hierdie vrye energievergelyking te voeg.
Deur die eindige verskilmetode, word die vergelykings opgelos onderhewig aan Lineêre elastisiteit en Gauss se wetse beperkings.
'n Kubus na tetragonale fase oorgang van spontane polarisasie van 'n ferroelektriese materiaal kan vanuit die uitdrukking vir vrye energie verkry word.
Dit het die karakter van 'n duale potensiaal met dubbele energie minimum by P = ± Ps.
Ps → spontane polarisasie
Deur vereenvoudiging, die negatiewe wortel elimineer, en α11 = 0 vervang, kry ons,
Polarisasie en Histerezislus
Eerstens neem ons 'n dielektries materiaal, en 'n perifeer elektriese veld word gegee. Ons sien dat die polarisasie altyd direk eweredig sal wees aan die toegepaste veld, soos in figuur 2 aangedui.
Vervolgens, wanneer ons 'n paraelektriese materiaal polariseer, kry ons 'n nielineêre polarisasie. Dit is egter 'n funksie van die veld, soos in figuur 3 aangedui.
Vervolgens neem ons 'n ferroelektriese materiaal, en 'n elektriese veld word daaraan gegee. Ons kry 'n nielineêre polarisasie.
Dit vertoon ook nulspontane polarisasie sonder 'n perifeer veld.
Ons kan ook sien dat deur die rigting van die toegepaste elektriese veld om te keer, die rigting van polarisasie omgekeer of verander kan word.
Daarom kan ons sê dat die polarisasie afhang van die huidige en vorige toestand van die elektriese veld. Die histerezislus word verkry soos in figuur 4 aangedui.
