Исследование зависимости удельных объемного и поверхностного сопротивления диэлектриков от температуры и влажности. Исследование свойств пьезоэлектриков. Исследование магнитных характеристик ферритов и магнитодиэлектриков, страница 5

14

это смещение начинает ориентироваться и в соседних ячейках уже существующими диполями, вследствие чего все тело разделяется на области (домены) спонтанной поляризации, состоящие из кристаллических ячеек с одинаково направленными электрическими дипольными моментами.

Поскольку домены имеют различное напрвление поляризации, их суммарный дипольный момент равен нулю. В таком состоянии тело термодинимически наиболее стабильно (обладает наименьшей свободной энергией) и не создает электрического поля вокруг себя. При помещении сегнетоэлектрика во внешнее электрическое поле дипольные моменты доменов ориентируются согласно этому полю. Суммарный момент уже не будет равен нулю, и поляризация может достичь очень больших значений. Диэлектрическая проницаемость e достигает значений 10⁴ – 10⁵ и сильно зависит от напряженности поля. В этом отношении сегнетоэлектрики подобны ферромагнетикам: у них наблюдается кривая гистерезисного цикла зависимости заряда от приложенного к обкладкам сегнетоэлектрика напряжения, аналогичная кривой ферромагнетиков.

Поляризованные сегнетоэлектрики в некоторой области температур (называемой сегнетоэлектрической) являются пьезоэлектриками, то есть приобретают способность поляризоваться под действием на них механических усилий. Возникновение зарядов на противоположных сторонах поверхности таких диэлектриков под действием внешнего поля – обратным пьезоэлектрическим эффектом.

Наличие сегнетоэлектрической области температур объясняется тем, что при некоторой достаточно высокой температуре диполи начинают так интенсивно осциллировать (колебаться), что приводит к разрушению доменов, а вместе с ними исчезают спонтанная поляризация и пьезоэффект. Иногда сегнетоэлектрическая область ограничена и со стороны низких температур, так как ионы вследствие очень малой энергии теплового    движения   не  в  состоянии  преодолеть  потенциальные

15

барьеры, разделяющие их отдельные относительно устойчивые положения.

Температура, при которой возникает (при охлаждении) или исчезает (при нагревании) спонтанная поляризация, называется точкой или температурой Кюри.

После достижения точки Кюри происходит фазовый переход (первого рода, второго рода, размытый) из сегнетоэлектрического состояния в параэлектрическое, когда изменяется симметрия кристалла, параметры элементарной ячейки, а значения диэлектрических, упругих, пьезоэлектрических, электрооптических и других характеристик имеют разкие максимумы и минимумы.

Сегнетоэлектрики находят широкое применение в современной электронике, радиотехнике, акустике и автоматике для изготовления нелинейных конденсаторов (варикондов), резонаторов для стабилизации колебаний и электромеханических преобразователей. Работа наиболее распространенных приборов – резонаторов и ультрозвуковых преобразователей основана на пьезоэлектрическом эффекте. Возникающая при этом поляризованность Р прямо пропорциональна приложенному напряжению s

Р = d × s ,                                   (4.1)

где d  - коэффициент пропорциональности, называемый пьезомодулем.

Размерность   пьезомодуля   определяется  из  соотношения 

d = Р / s .

Откуда [d] = (Кл/м²) / (Н/м²) = Кл / Н .

Обратный пьезоэффект используется для получения механических колебаний. Простейшим преобразователем для этой цели служит пластинка пьезодиэлектрика – монокристаллическая или из поликристаллического поляризованного сегнетоэлектрика.      Если      к  такому    пьезоэлементу   приложить пере-

16

менное напряжение, то в нем, благодаря обратному пьезоэффекту, будут возникать механические колебания с частотой приложенного напряжения.

Переменная деформация, в свою очередь, посредством прямого эффекта вызывает появление электрических зарядов на электродах. Величина зарядов и напряжение поляризации на электродах пропорциональны деформации, а последняя пропорциональна амплитуде колебаний. Как известно, амплитуда колебаний достигает максимального значения при резонансе, т.е. при совпадении по частоте и фазе собственных механических колебаний пьезоэлемента с колебаниями подведенного к нему внешнего электрического напряжения. Из вышесказанного вытекает, что при резонансе напряжение на обкладках пьезоэлемента, равное геометрической сумме напряжения пьезоэффекта и постоянного по амплитуде внешнего напряжения, имеет максимальное значение.