Активные диэлектрики. Сегнетоэлектрики. Пьезоэлектрики, страница 2

4) Сегнетоэлектрики используются для преобразования (модуляции) лазерного излучения, в основе которого лежит  изменение показателя преломления под действием внешнего статического, электрического поля (при линейной зависимости - эффект Поккельса). Если показатель преломления n~ Е² наблюдается квадратичный эффект - эффект Керра. Прикладывая электрическое поле к кристаллу можно модулировать лазерное излучение, менять плоскость поляризации. В качестве модуляторов используют LiNbO₃, KH₂PO_4, KO₂PO₄.. Нелинейные оптические эффекты могут быть обусловлены не внешним полем, а зависимостью свойств среды от поля самой электромагнитной волны (излучения). Соответствующие сегнетоэлектрики называются нелинейными оптическими кристаллами. Для них D=ε₀εE + ε₀αE². К числу этих кристаллов относятся LiIO₃, LiNbO₃ ,позволяющие преобразовывать инфракрасное излучение в видимый свет.

5) Сегнетоэлектрики могут использоваться в качестве пиро и пьезоэлектриков.

Пьезоэлектрики

Пьезоэлектрики – вещества с пьезоэффектом. Прямой пьезоэффект – поляризация под действием механического напряжения. Для линейного пьезоэффекта заряд на обкладках конденсаторв с таким материалом пропорционален силе давления (Q=d×F), а заряд, приходящийся на единицу площади поверхности- давлению ( Q/S=d×F/S ), то есть  p=d×σ   p-поляризация, d-пьезомодуль, σ-механическое напряжение. В анизотропном кристалле эффект определяется тензором механических деформаций P_I=d_іј×σ_ј. Пьезоэффект наблюдается только в ионных и сильнополяризованных диэлектриках, в которых отсутствует центр симметрии. В качестве пьезоматериала наиболее широко применяется кварц, в частности, кристаллическая модификация SiO₂, которая называется β кварц, устойчивая до Т=573°С. Природные кристаллы кварца (горный хрусталь), имеют вид 6-ти гранной призмы. Максимальная величина пьезоэффекта наблюдается в направлении, перпендикулярном оси симметри шестого порядка. Вдоль данной оси пьезоэффект отсутствует. Плоскопараллельная кварцевая пластинка (с электродами и держателем) может быть колебательным контуром с определённой резонансной частотой колебаний, то есть может быть использована в качестве основы для резонатора. Кварцевые резонаторы имеют малые потери, используются, как фильтры частоты, эталоны и стабилизаторы. Также в качестве пьезоматериалов используются твердые растворы: Pb-TiO₃, Pb-ZrO₃ в виде керамики, их применяют для создания мощных ультразвуковых излучателей, для целей гидроакустики, дефектоскопии, при механической обработке материалов, для слуховых аппаратов, микрофонов, телефонных аппаратов, в качестве пьезотрансформаторов.

Пироэлектрики

Пироэлектрики – вещества, способные изменять спонтанную поляризацию под действием температуры. При неизменной температуре спонтанный электрический момент диэлектрика скомпенсирован свободными зарядами противоположного знака за счет процессов электропроводности или поглощения заряженных частиц поверхностью из окружающей атмосферы. Изменение температуры приводит к изменению поляризации, которая сопровождается освобождением заряда на поверхности из-за чего в замкнутой цепи возникает ток I = -S×dP_сп/dt = S×P×dT/dt , величина -dP_сп/dT = p – пирокоэффициент. Качество пироэлектрика характеризует приведенный физический параметр R_b = p/ εC_v  , где  C_v –удельная теплоемкость.

К пироэлектрикам относятся все сегнетоэлектрики, а также линейные диэлектрики, в которых существует одна ось симметрии и отсутствует центр инверсии (турмалин, сульфат лития). В линейных диэлектриках направление спонтанной поляризации невозможно изменить внешним полем. В сегнетоэлектриках пироэффект наблюдается, только если материал является монодоменным. Пироэффект используется для создания тепловых датчиков, а также приемников электромагнитного излучения инфракрасного и СВЧ диапазонов, которые нагревают материал и изменяют спонтанную поляризацию. Максимальным Rv = 8,5×10^-12 М/В. обладает триглицинсульфат, который используется в низкочастотных детекторах излучения. Повышенный коэффициент Rv имеют ниобат и танталат лития

Электреты

Формальный аналог постоянного магнита, материал сохраняет поляризацию в течение длительного времени и создает электрическое поле. Термоэлектреты получаются путем охлаждения в сильных электрических полях.