1.1 Основные свойства и характеристические параметры сегнетоэлектриков
Сегнетоэлектрики - кристаллические диэлектрики, обладающие следующими свойствами:
1. В сегнетоэлектрических кристаллах существует спонтанная поляризация (Ps) в отсутствие внешнего поля. Такое состояние кристалла называется полярным (или сегнетоэлектрическим) состоянием. Величина спонтанной поляризации для различных сегнетоэлектриков лежит в интервале 10-7 – 10-5 Кл/см2. В обычных щелочно-галоидных кристаллах столь большие значения индуцированной поляризации могут быть достигнуты в полях 107 – 108 В/м.
2. При нагреве кристалла выше точки Кюри (Tc) кристалл из полярного состояния переходит в неполярное (или параэлектрическое) состояние, в котором Ps = 0. Некоторые кристаллы находятся в полярном состоянии в определенной области температур, поэтому они характеризуются также нижней точкой Кюри. Кристалл в неполярном состоянии является обычным диэлектриком, в котором при приложении внешнего поля возникает обычная индуцированная поляризация (электронная, ионная и ориентационная).
3. В области фазового перехода происходит резкое изменение величины спонтанной поляризации и диэлектрической восприимчивости, а также некоторых других оптических, механических и тепловых свойств. Сегнетоэлектрики характеризуются высоким значением диэлектрической проницаемости, сильно зависящей от температуры. В области выше фазового перехода температурная зависимость диэлектрической проницаемости аппроксимируется полуэмпирическим законом Кюри-Вейса
(1)
где С – константа Кюри, а T0 – температура Кюри-Вейcса (Tс ≈ T0)
4. В полярном состоянии кристалл сегнетоэлектрика имеет доменную структуру. В пределах каждого домена дипольные моменты всех элементарных ячеек кристалла, образующие Ps, ориентированы одинаково, в соседних же доменах векторы Ps направлены в произвольных направлениях. Следствием доменной структуры является гистерезисная зависимость между электрической индукцией и полем D(E) и между поляризацией кристалла и полем P(E)
В настоящее время известно более ста веществ, обладающих сегнетоэлектрическими свойствами. Наиболее широко известны кристаллы сегнетовой соли, дигидрофосфата калия и титаната бария.
1.2 Классификация сегнетоэлектрических веществ по типу фазового перехода
Возникновение Ps в сегнетоэлектрическом состоянии тесно связано со структурными изменениями кристаллической решетки при переходе через точку Кюри. По типу фазового перехода cегнетоэлектрические кристаллы можно подразделить на две группы. К первой группе относятся кристаллы, которые претерпевают переход типа «смещения». При таком фазовом переходе Ps возникает за счет смещения ионов одной подрешетки относительно другой. Типичный представитель этой группы – титанат бария. Ко второй группе относятся сегнетоэлектрики с фазовым переходом типа «порядок – беспорядок». В этом случае спонтанная поляризация возникает в результате упорядочивания водородных связей1 в группах ионов либо самих ионных групп в элементарной ячейке кристалла. К этой группе можно отнести дигидрофосфат калия и сегнетову соль.
1.3 Условие перехода сегнетоэлектрика типа «смещение» в полярное состояние
Механизм возникновения полярного состояния в титанате бария – типичном кристалле «смещения» – можно объяснить характером взаимодействия ионов решетки с локальным электрическим полем ElocЛокальное электрическое поле представляет собой силу, с которой все атомы решетки действуют на отдельный атом (ион) и описывает, таким образом, коллективное взаимодействие атомов решетки. Локальное поле вызывает смещение ионов из положения равновесия и приводит к поляризации вещества.
Поляризация определяется как средний дипольный момент, приходящийся на единицу объема, поэтому можно записать:
(2)
где p − дипольный момент атома, P – индуцированная поляризация, v – объем, занимаемый поляризованным атомом, α − поляризуемость атома, определяемая как коэффициент пропорциональности между p и действующим на атом полем Eloc. В свою очередь, увеличение поляризации усиливает Eloc:
(3)
где E – макроскопическое (среднее) электрическое поле в диэлектрике, γ – фактор Лоренца (γ = 4π/3 для жидкости и кристалла с кубической симметрией).
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.