Во
внешнем электрическом поле наблюдается, в общем, нелинейная поляризация,
заключающаяся в смещении доменных границ, при этом объемы доменов,
ориентированных параллельно внешнему полю 
,
увеличиваются за счет доменов, поляризованных против поля (рис.2.3.15).
Рис.2.3.15.Петля гистерезиса (зависимости поляризованности от напряженности внешнего электрического поля) при переполяризации сегнетоэлектрика: Рк – остаточная поляризация, Ес – коэрцитивная сила
В пределе кристаллический образец может превратиться в один домен. После выключения электрического поля в процессе снижения его напряженности ориентация поляризованности может длительно сохраняться, для уничтожения остаточной поляризованности требуется применить электрическое поле противоположного направления (коэрцитивное поле). В целом зависимость поляризованности Р от
напряженности переменного электрического поля Е нелинейная и имеет вид петли гистерезиса. Более подробно поведение доменной структуры (на примере ферромагнитных доменов) во внешнем ориентирующем поле рассмотрено в ниже.
Способность изменять под действием внешнего электрического поля состояние спонтанной поляризованности выделяет сегнетоэлектрики из более широкого класса веществ - пироэлектриков, в которых возможна спонтанная поляризация. Однако у большинства пироэлектриков внешнее электрическое поле не может изменить направление спонтанной поляризованности кристалла, возникшей, например, при нагревании.
Своим названием сегнетоэлектрики обязаны сегнетовой соли NaKC4H4O6×4H2O. В 1944 году советскими учеными Б.М.Вулом и И.М.Гольдманом сегнетоэлектрические свойства были обнаружены у синтезированного керамического материала – BaTiO3, у которого сегнетоэлектрические свойства сохраняются до температуры 120°С, что положило начало практическому применению сегнетокерамики.
Оказалось, что три низкотемпературные модификации (t<120oС)
BaTiO3 имеют решетки, не обладающие центром симметрии. Титанаты Ca, Ba, Sr, Cd, Pb имеют структуру типа минерала перовскита (СаТiОз ) и кристаллизуются в кубической системе, титанат бария при t ³ 120°С также испытывает фазовый переход, переходит из сегнетоэлектрического состояния с e»10000 при этой температуре в параэлектрическое с диэлектрической проницаемостью e<<ec. Температура Тc такого перехода называется сегнетоэлектрической температурой Кюри.
При более низких температурах у BaTiO3 наблюдаются ромбоэдрическая (при t<-90oC), а ромбическая (-90oC<t<5°C) и тетрагональная (5oC<t<12oC) решетки. Причем симметричное в кубической решетке расположение иона Ti+4 относительно ионов кислорода О-2 и бария Ba+2 (рис.2.3.16,а) искажается путем смещения иона титана относительно кислородного октаэдра, в котором он находится (рис.2.3.16,б). В результате асимметричное расположение ионов титана и кислорода приводит к образованию заметного дипольного момента ячейки. Например, в тетрагональной ячейке отношение осей становится равным а:b:с = 1:1:1,01 (a = b = 3,98 Å, с = 4,03 Å). Значительные локальные электрические поля элементарных ячеек способствуют их взаимному ориентированию и формированию доменной структуры.
При температуре выше точки Кюри тепловое возбуждение оказывается достаточным для перестройки ионов в симметричную кубическую решетку, дипольные моменты отдельных ячеек исчезают, доменная структура разрушается и материал характеризуется лишь электронной и (довольно большой) ионной поляризацией. У BaTiO3 известны 4 кристаллических фазы, из которых 3 являются сегнетоэлектрическими, соответственно наблюдается 3 точки Кюри (рис. 2.3.17).
Наиболее ярко, из всех сегнетоактивных титанатов, дипольный момент ячейки выражен у титаната свинца PbTiO3. Искажение осей при температуре до tc = 490oC достигает 6%, очень высока у этого вещества и остаточная поляризация.
Поскольку почти все указанные титанаты способны образовывать твердые растворы замещения с неограниченной растворимостью, это свойство используют для корректировки свойств керамических материалов, смещения точки Кюри, изменения e в заданном интервале температур.
Сегнетоэлектрический тип смещения ионов не является единственным типом деформации кристалла.
 |
 |
В кристаллах со структурой перовскита возможен также и другой вид деформации - антисегнетоэлектрической. В этом случае в соседних атомных слоях наблюдается противоположное смещение ионов. Такие кристаллы часто рассматривают состоящими из двух подрешеток, вставленных друг в друга и поляризованных в противоположных направлениях. Соответствующие вещества называются антисегнетоэлектриками. Антисегнетоэлектрическое состояние наблюдается у кристаллов WO3, NaNbO3, PbZrO3, PbHfO3 и других. В системе твердых растворов PbZrO3 – PbTiO3 с ростом температуры наблюдается переход из антисегнетоэлектрической фазы в сегнетоэлектрическую и затем в параэлектрическую.
Сегнетоэлектрики и антисегнетоэлектрики находят применение в изделиях электронной техники (например, при изготовлении миниатюрных конденсаторов большой емкости).
Все кристаллы в сегнетоэлектрическом состоянии обнаруживают также и пьезоэлектрические свойства, хотя обратной связи может и не наблюдаться: далеко не все пьезоэлектрические кристаллы являются сегнетоэлектриками. Различают прямой и обратный продольный и поперечный пьезоэффекты. Прямой пьезоэлектрический эффект заключается в возникновении на противолежащих гранях кристалла связанных электрических зарядов противоположного знака под действием деформации ( рис.2.3.18,а,б). Обратный пьезоэффект заключается в возникновении упругой деформации пьезоэлектрического кристалла, помещенного во внешнее электрическое поле (рис. 2.3.18,в).
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.