Les ferroélectriques sont des éléments à polarisation électrique spontanée (SEP). Les initiateurs de son inversion peuvent être des applications de la gamme électrique E avec des paramètres et des vecteurs directeurs appropriés. Ce processus est appelé repolarisation. Elle s'accompagne nécessairement d'hystérésis.
Caractéristiques communes
Les ferroélectriques sont des composants qui ont:
- Permittivité colossale.
- Puissant module piézo.
- Boucle.
L'utilisation des ferroélectriques est pratiquée dans de nombreuses industries. Voici quelques exemples:
- Ingénierie radio.
- Électronique quantique.
- Technologie de mesure.
- Acoustique électrique.
Les ferroélectriques sont des solides qui ne sont pas des métaux. Leur étude est plus efficace lorsque leur état est monocristallin.
Spécificités lumineuses
Il n'y a que trois de ces éléments:
- Polarisation réversible.
- Non-linéarité.
- Caractéristiques anormales.
De nombreux ferroélectriques cessent d'être ferroélectriques lorsqu'ils sont enconditions de transition de température. Ces paramètres sont appelés TK. Les substances se comportent anormalement. Leur constante diélectrique se développe rapidement et atteint des niveaux solides.
Classification
Elle est assez complexe. Habituellement, ses aspects clés sont la conception des éléments et la technologie de formation du SEP en contact avec lui lors du changement de phases. Ici, il y a une division en deux types:
- Avoir un décalage. Leurs ions se déplacent pendant le mouvement de phase.
- L'ordre est le chaos. Dans des conditions similaires, les dipôles de la phase initiale y sont ordonnés.
Ces espèces ont aussi des sous-espèces. Par exemple, les composants biaisés se répartissent en deux catégories: les pérovskites et les pseudo-ilménites.
Le second type est divisé en trois classes:
- Dihydrogénophosphates de potassium (KDR) et métaux alcalins (par exemple KH2AsO4 et KH2 PO4 ).
- Sulfates de triglycine (THS): (NH2CH2COOH3)× H 2SO4.
- Composants à cristaux liquides
Pérovskites
Ces éléments existent en deux formats:
- Monocristallin.
- Céramique.
Ils contiennent un octaèdre d'oxygène, qui contient un ion Ti avec une valence de 4-5.
Lorsque le stade paraélectrique se produit, les cristaux acquièrent une structure cubique. Les ions comme Ba et Cd sont concentrés au sommet. Et leurs homologues à oxygène sont positionnés au milieu des faces. C'est ainsi qu'il se formeoctaèdre.
Lorsque les ions titane changent ici, SEP est effectué. De tels ferroélectriques peuvent créer des mélanges solides avec des formations de structure similaire. Par exemple, PbTiO3-PbZrO3 . Il en résulte des céramiques aux caractéristiques appropriées pour des appareils tels que varicondas, actionneurs piézo, posistors, etc.
Pseudo-ilménites
Ils diffèrent par leur configuration rhomboédrique. Leur spécificité lumineuse est des indicateurs de température de Curie élevés.
Ce sont aussi des cristaux. En règle générale, ils sont utilisés dans les mécanismes acoustiques sur les grandes vagues supérieures. Les appareils suivants se caractérisent par leur présence:
- résonateurs;
- filtres à rayures;
- modulateurs acousto-optiques haute fréquence;
- récepteurs pyro.
Ils sont également introduits dans les dispositifs électroniques et optiques non linéaires.
KDR et TGS
Les ferroélectriques de la première classe désignée ont une structure qui organise les protons dans des contacts d'hydrogène. Le SEP se produit lorsque tous les protons sont en ordre.
Les éléments de cette catégorie sont utilisés dans les dispositifs optiques non linéaires et dans l'optique électrique.
Dans les ferroélectriques de la deuxième catégorie, les protons sont ordonnés de la même manière, seuls des dipôles se forment près des molécules de glycine.
Les composants de ce groupe sont utilisés dans une mesure limitée. Habituellement, ils contiennent des récepteurs pyro.
Vues à cristaux liquides
Elles se caractérisent par la présence de molécules polaires disposées en ordre. Ici, les principales spécificités des ferroélectriques se manifestent clairement.
Leurs qualités optiques sont affectées par la température et le vecteur du spectre électrique externe.
Sur la base de ces facteurs, l'utilisation de ferroélectriques de ce type est mise en œuvre dans les capteurs optiques, les moniteurs, les bannières, etc.
Différences entre les deux classes
Les ferroélectriques sont des formations avec des ions ou des dipôles. Ils ont des différences significatives dans leurs propriétés. Ainsi, les premiers composants ne se dissolvent pas du tout dans l'eau, mais ils ont une résistance mécanique puissante. Ils sont facilement formés au format polycristallin à condition que le système céramique soit utilisé.
Ces derniers se dissolvent facilement dans l'eau et ont une force négligeable. Ils permettent la formation de monocristaux de paramètres solides à partir de compositions aqueuses.
Domaines
La plupart des caractéristiques des ferroélectriques dépendent des domaines. Ainsi, le paramètre du courant de commutation est étroitement lié à leur comportement. On les trouve à la fois dans les monocristaux et dans la céramique.
La structure de domaine des ferroélectriques est un secteur de dimensions macroscopiques. Dans celui-ci, le vecteur de polarisation arbitraire n'a pas de divergences. Et il n'y a que des différences par rapport à un vecteur similaire dans les secteurs voisins.
Les domaines séparent les murs qui peuvent se déplacer dans l'espace interne d'un seul cristal. Dans ce cas, il y a une augmentation dans certains domaines et une diminution dans d'autres domaines. Lorsqu'il y a une repolarisation, les secteurs se développent en raison du déplacement des parois ou de processus similaires.
Propriétés électriques des ferroélectriques,qui sont des monocristaux, sont formés sur la base de la symétrie du réseau cristallin.
La structure énergétique la plus rentable se caractérise par le fait que les limites de domaine qu'elle contient sont électriquement neutres. Ainsi, le vecteur de polarisation est projeté sur la frontière d'un domaine particulier et est égal à sa longueur. En même temps, sa direction est opposée au vecteur identique du côté du domaine le plus proche.
Par conséquent, les paramètres électriques des domaines sont formés sur la base du schéma tête-queue. Les valeurs linéaires des domaines sont déterminées. Ils sont dans la gamme 10-4-10-1 voir
Polarisation
En raison du champ électrique externe, le vecteur des actions électriques des domaines change. Ainsi, une puissante polarisation des ferroélectriques se produit. En conséquence, la constante diélectrique atteint des valeurs énormes.
La polarisation des domaines s'explique par leur origine et leur développement dû au déplacement de leurs frontières.
La structure indiquée des ferroélectriques provoque une dépendance indirecte de leur induction sur le degré de tension du champ externe. Lorsqu'elle est faible, la relation entre les secteurs est linéaire. Une section apparaît où les limites du domaine sont décalées selon un principe réversible.
Dans la zone des champs puissants, un tel processus est irréversible. Dans le même temps, les secteurs pour lesquels le vecteur SEP forme l'angle minimum avec le vecteur champ augmentent. Et à une certaine tension, tous les domaines s'alignent exactement le long du champ. La saturation technique est en train de se former.
Dans de telles conditions, lorsque la tension est réduite à zéro, il n'y a pas d'inversion similaire de l'induction. Elle estobtient le résidu Dr. S'il est affecté par un champ de charge opposée, il diminuera rapidement et changera de vecteur.
Le développement ultérieur de la tension conduit à nouveau à la saturation technique. Ainsi, la dépendance du ferroélectrique à l'inversion de polarisation dans des spectres variables est notée. Parallèlement à ce processus, une hystérésis se produit.
L'intensité de la plage Er, à laquelle l'induction passe par la valeur zéro, est la force coercitive.
Processus d'hystérésis
Avec lui, les frontières du domaine sont irréversiblement décalées sous l'influence du champ. Cela signifie la présence de pertes diélectriques dues aux coûts énergétiques pour l'agencement des domaines.
Une boucle d'hystérésis se forme ici.
Son aire correspond à l'énergie dépensée dans le ferroélectrique en un cycle. En raison des pertes, la tangente de l'angle 0, 1 s'y forme.
Les boucles d'hystérésis sont créées à différentes valeurs d'amplitude. Ensemble, leurs pics forment la courbe de polarisation principale.
Opérations de mesure
La constante diélectrique des ferroélectriques de presque toutes les classes diffère en valeurs solides même à des valeurs éloignées de TK.
Sa mesure est la suivante: deux électrodes sont appliquées sur le cristal. Sa capacité est déterminée dans une plage variable.
Ci-dessusindicateurs TK la perméabilité a une certaine dépendance thermique. Cela peut être calculé sur la base de la loi de Curie-Weiss. La formule suivante fonctionne ici:
e=4pC / (T-Tc).
Dans ce document, C est la constante de Curie. En dessous des valeurs transitoires, il chute rapidement.
La lettre "e" dans la formule signifie la non-linéarité, qui est présente ici dans un spectre assez étroit avec une tension de décalage. A cause de cela et de l'hystérésis, la perméabilité et le volume du ferroélectrique dépendent du mode de fonctionnement.
Types de perméabilité
Le matériau sous différentes conditions de fonctionnement d'un composant non linéaire change ses qualités. Les types de perméabilité suivants sont utilisés pour les caractériser:
- Statistique (est). Pour le calculer, la courbe de polarisation principale est utilisée: est =D / (e0E)=1 + P / (e 0E) » P / (e0E).
- Inverse (ep). Désigne un changement de polarisation du ferroélectrique dans la gamme variable sous l'influence parallèle d'un champ stable.
- Effective (eef). Calculé à partir du courant réel I (implique un type non sinusoïdal) en conjonction avec la composante non linéaire. Dans ce cas, il existe une tension active U et une pulsation w. La formule fonctionne: eef ~ Cef =I / (wU).
- Initial. Elle est déterminée dans des spectres extrêmement faibles.
Deux principaux types de pyroélectriques
Ce sont les ferroélectriques et les antiferroélectriques. Ils ontil y a des secteurs BOT - domaines.
Dans la première forme, un domaine forme une sphère dépolarisante autour de lui.
Lorsque de nombreux domaines sont créés, cela diminue. L'énergie de dépolarisation diminue également, mais l'énergie des parois du secteur augmente. Le processus est terminé lorsque ces indicateurs sont dans le même ordre.
Quel est le comportement du HSE lorsque les ferroélectriques sont dans la sphère externe, a été décrit ci-dessus.
Antiferroélectriques - assimilation d'au moins deux sous-réseaux placés l'un dans l'autre. Dans chacun, la direction des facteurs dipolaires est parallèle. Et leur indice dipolaire commun est 0.
Dans les spectres faibles, les antiferroélectriques se distinguent par un type de polarisation linéaire. Mais à mesure que l'intensité du champ augmente, ils peuvent acquérir des conditions ferroélectriques. Les paramètres de champ évoluent de 0 à E1. La polarisation croît linéairement. Au mouvement inverse, elle s'éloigne déjà du terrain - une boucle est obtenue.
Lorsque la force de la gamme E2 est formée, ferroélectrique est converti à son antipode.
Lors du changement du vecteur champ E, la situation est identique. Cela signifie que la courbe est symétrique.
L'antiferroélectrique, dépassant la marque de Curie, acquiert des conditions paraélectriques.
Avec l'approche inférieure à ce point, la perméabilité atteint un certain maximum. Au-dessus, il varie selon la formule de Curie-Weiss. Cependant, le paramètre de perméabilité absolue au point indiqué est inférieur à celui des ferroélectriques.
Dans de nombreux cas, les antiferroélectriques ontstructure cristalline proche de leurs antipodes. Dans de rares situations et avec des composés identiques, mais à des températures différentes, des phases des deux pyroélectriques apparaissent.
Les antiferroélectriques les plus connus sont NaNbO3, NH4H2P0 4 etc. Leur nombre est inférieur au nombre de ferroélectriques communs.
