Ferroelektr materiallar: Bu nima?

Maydon: Elektr tushunchalari

China

Ferroelektr materiallar nima?

Ferroelektr materiallar - bu ferroelektrlikni ko'rsatadigan materiallar. Ferroelektrlik - bu materialning spontaniy elektr poliarizatsiyasiga ega bo'lish qobiliyati. Bu poliarizatsiya teskaridagi tashqi elektr maydoni orqali o'zgartirilishi mumkin (quyidagi rasm 1). Ferroelektrlik (va shunday qilib ferroelektr materiallar) 1921-yilda Valasek tomonidan Rochelle saltsida aniqlangan.

Tashqi elektr maydoni orqali ferroelektr materialning poliarizatsiyasini o'zgartirish “o'zgartirish” deb ataladi.

Ferroelektr materiallar elektr maydoni olib tashlanganda ham poliarizatsiyani saqlay oladi. Ferroelektr materiallarda ferromagnit materiallarga o'xshash xususiyatlari mavjud, ular doimiy magnit momentga ega. Gisterezis zikri ikki material uchun ham huddi shunday.

ferroelektr materiallar

O'xshashliklar sababli, ikki material uchun prefiks bir xil. Biroq, barcha ferroelektr materiallar Fe (temir) bo'lishi kerak emas.

Barcha ferroelektr materiallar piyezoefektni ko'rsatadi. Ushbu materiallarning qarama-qarshi xususiyatlari antiferromagnit materiallarda ko'rinadi.

Ferroelektr materiallar nazariyasi

Ginburg-Landau nazariyasiga asoslanib, hech qanday elektr maydoni va qo'llanilgan bosim yo'q holda ferroelektr materialning bepul energiyasi Taylor kengaytmasi bilan yozilishi mumkin. U P (tartibli parametr) orqali quyidagicha yoziladi:

(agar oltinchi tartibli kengaytma ishlatilsa)
Px → polaryzatsiya vektorining x komponenti
Py → polaryzatsiya vektorining y komponenti
Pz → polaryzatsiya vektorining z komponenti
αi, αij, αijk → koeffitsiyentlar kristal simmetriyasi bilan doimiy bo'lishi kerak.
α0 > 0, α111> 0 → barcha ferroelektrik materiallar uchun
α11< 0 → birinchi tartibli o'tishga ega bo'lgan ferroelektrik materiallar uchun
α0 > 0 → ikkinchi tartibli o'tishga ega bo'lgan ferroelektrik materiallar uchun

Ferroelektrik materiallarda turli jarayonlarni va domenlarini tahlil qilish uchun bu tenglamalar fazoviy modelda ishlatiladi.

Ko'pincha, bu energiya tenglamasiga elastik, gradiyent va elektrostatik terminlar kabi qo'shimcha terminlar qo'shiladi.

Tenglamaning yechimi sonli farq usulida, chiziqli elastiklik va Gaussning qonuni cheklariga asosan amalga oshiriladi.

Ferroelektrik materialning spontaniy polaryzatsiyasining kubikdan tetragonal faza o'tishi energiya ifodasidan olinadi.

Bu ikki energetik minimumga ega bo'lgan ikki yuzaviy potentsialni tasvirlaydi, P = ± Ps.
Ps → spontaniy polaryzatsiya

Soddalashtirish, manfiy ildizni bekor qilish va α11 = 0 deb almashtirish orqali,

Polaryzatsiya va Gisteresis Aylana

Avval, biz dielektrik material olib, periferik elektrik maydon beriladi. Ko'rish mumkin bo'lgan qoidalarga ko'ra, poliarizatsiya doimiy ravishda taqdim etilgan maydonga proporsional bo'ladi, bu 2-figurada tasvirlangan.
ferroelectric materials
Keyin, paraelektrik materialni poliarizatsiya qilganda, biz chiziqli emas poliarizatsiyani olishimiz mumkin. Biroq, u maydondan qat'iy nisbatda, 3-figurada tasvirlangan kabi.

Keyin, biz ferroeletkrik material olib, unga elektrik maydon beriladi. Biz chiziqli emas poliarizatsiyani olishimiz mumkin.

Bu material ham periferik maydon yo'q bo'lganda noldan farqli spontaniy poliarizatsiya ko'rsatadi.

Ko'rish mumkin bo'lgan qoidalarga ko'ra, taqdim etilgan elektrik maydonning yo'nalishini o'zgartirish orqali poliarizatsiya yo'nalishi o'zgartirilishi yoki almashtirilishi mumkin.

Shunday qilib, poliarizatsiya elektrik maydonning hozirgi va oldingi holatidan qat'iy nisbatda bog'liq bo'ladi. Histeresis zikli 4-figurada tasvirlangan kabi olinadi.
ferroelectric materials

Curie harorati

Bu materiallar faqat aniq fazaviy o'zgarish haroratidan past joylashsa xususiyatlarni saqlaydi. Bu haroratdan yuqori bo'lganda, material paraelektrik materialga aylanadi.

Ya'ni, spontaniy poliarizatsiya yo'qoladi. Bu aniq harorat Curie harorati (TC) deb ataladi.

Bu materiallardan ko'pligi Tc dan yuqori bo'lganda piezoelektrik xususiyatini ham yo'qotadi.

Non-polar, paraelectric holatdagi dielektrik sabitning haroratga qarshi o'zgarishi quyidagicha Curie-Weiss qonuni orqali ifodalangan.

ε → Dielektrik sabit
ε∞ → T >> TC bo'lganda ε
A → Doimiy son
TC → Curie nuqtasi
T → Harorat
χ → Suschestvuemost'
CC → Materialning Curie doimiy soni