วัสดุเฟอร์โรอิเล็กทริก: คืออะไร

วัสดุเฟอร์โรอิเล็กทริกคืออะไร

วัสดุเฟอร์โรอิเล็กทริกคือวัสดุที่แสดงสมบัติของเฟอร์โรอิเล็กทริกซึ่งเป็นความสามารถในการมีการขั้วไฟฟ้าแบบอิสระ การขั้วนี้สามารถกลับด้านได้โดยการใช้สนามไฟฟ้าในทิศทางตรงกันข้าม (ดูรูปที่ 1 ด้านล่าง) สมบัติของเฟอร์โรอิเล็กทริก (และวัสดุเฟอร์โรอิเล็กทริก) ถูกค้นพบโดย Rochelle salt โดย Valasek ในปี 1921

การกลับด้านของขั้วไฟฟ้าของวัสดุเฟอร์โรอิเล็กทริกผ่านการใช้สนามไฟฟ้าภายนอกเรียกว่า "การเปลี่ยนแปลง"

วัสดุเฟอร์โรอิเล็กทริกสามารถรักษาการขั้วแม้จะไม่มีสนามไฟฟ้าภายนอกแล้ว วัสดุเฟอร์โรอิเล็กทริกมีความคล้ายคลึงกับวัสดุเฟอร์โรแมグเนติกซึ่งแสดงโมเมนต์แม่เหล็กถาวร วงจรฮิสเตอรีสิสของทั้งสองวัสดุมีลักษณะคล้ายคลึงกัน

เนื่องจากมีความคล้ายคลึงกันจึงใช้คำนำหน้าเดียวกันสำหรับวัสดุทั้งสอง แต่วัสดุเฟอร์โรอิเล็กทริกไม่จำเป็นต้องมีธาตุเหล็ก

วัสดุเฟอร์โรอิเล็กทริกทั้งหมดแสดงผลของพิเอโซอิเล็กทริก คุณสมบัติตรงข้ามของวัสดุเหล่านี้จะเห็นได้ในวัสดุแอนติเฟอร์โรแมกเนติก

ทฤษฎีของวัสดุเฟอร์โรอิเล็กทริก

พลังงานเสรีของวัสดุเฟอร์โรอิเล็กทริกตามทฤษฎีจินบวร์ก-แลนดอล์ โดยไม่มีสนามไฟฟ้าและแรงกดใด ๆ สามารถเขียนเป็นการกระจายเทย์เลอร์ ซึ่งเขียนในรูปของ P (พารามิเตอร์ลำดับ) ได้

(หากใช้การกระจายระดับหก)
Px → ส่วนประกอบของเวกเตอร์ขั้ว, x
Py → ส่วนประกอบของเวกเตอร์ขั้ว, y
Pz → ส่วนประกอบของเวกเตอร์ขั้ว, z
αi, αij, αijk → สัมประสิทธิ์ควรคงที่ตามความสมมาตรของคริสตัล.
α0 > 0, α111> 0 → สำหรับวัสดุเฟอร์โรอิเล็กทริกทั้งหมด
α11< 0 → วัสดุเฟอร์โรอิเล็กทริกที่มีการเปลี่ยนสถานะระดับแรก
α0 > 0 → วัสดุเฟอร์โรอิเล็กทริกที่มีการเปลี่ยนสถานะระดับที่สอง

เพื่อทำการตรวจสอบปรากฏการณ์ต่าง ๆ และการสร้างโดเมนในวัสดุเฟอร์โรอิเล็กทริก สมการเหล่านี้ถูกใช้ในโมเดลฟิลด์เฟส

โดยทั่วไปแล้ว จะใช้โดยการเพิ่มเงื่อนไขบางอย่าง เช่น เงื่อนไขยืดหยุ่น เงื่อนไขเกรเดียนต์ และเงื่อนไขไฟฟ้าสถิตในสมการพลังงานเสรีนี้

โดยใช้วิธีการผลต่างจำกัด สมการถูกแก้โดยมีข้อกำหนดของความยืดหยุ่นเชิงเส้นและการจำกัดของกฎของเกาส์

การเปลี่ยนสถานะจากคิวบิกเป็นเททราโกนอลของขั้วไฟฟ้าอิสระของวัสดุเฟอร์โรอิเล็กทริกสามารถได้จากสมการพลังงานเสรี

มีลักษณะของพลังงานคู่ที่มีจุดต่ำสุดสองจุดที่ P = ± Ps.
Ps → ขั้วไฟฟ้าอิสระ

โดยการปรับให้ง่ายขึ้น กำจัดรากลบ และแทนที่ α11 = 0 เราจะได้

การขั้วและการวนรอบฮิสเตอรีสิส

ก่อนอื่นเราใช้วัสดุไดอิเล็กทริกและให้สนามไฟฟ้าภายนอก เราจะเห็นว่าการขั้วจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับสนามที่ใช้ แสดงในรูปที่ 2

ต่อมาเมื่อเราขั้ววัสดุพาราอิเล็กทริก เราจะได้การขั้วที่ไม่เป็นเชิงเส้น อย่างไรก็ตาม มันเป็นฟังก์ชันของสนาม ดังแสดงในรูปที่ 3

ต่อมาเราใช้วัสดุเฟอร์โรอิเล็กทริกและให้สนามไฟฟ้าแก่เขา เราจะได้การขั้วที่ไม่เป็นเชิงเส้น

มันยังแสดงการขั้วอิสระที่ไม่เป็นศูนย์โดยไม่มีสนามภายนอก

เราสามารถเห็นว่าโดยการกลับทิศทางของสนามไฟฟ้าที่ใช้ ทิศทางของการขั้วสามารถกลับหรือเปลี่ยนได้

ดังนั้นเราสามารถบอกได้ว่าการขั้วจะขึ้นอยู่กับสภาพปัจจุบันและสภาพก่อนหน้าของสนามไฟฟ้า วงจรฮิสเตอรีสิสได้รับเป็นในรูปที่ 4