1 Общие сведения об активных диэлектриках
Активными называются диэлектрики, свойствами которых можно управлять с помощью внешних энергетических воздействий и использовать для создания функциональных элементов электроники. Активные диэлектрики позволяют осуществить генерацию, усиление, фильтрацию, модуляцию электрических и оптических сигналов, запоминание и преобразование информации.
К числу активных диэлектриков относят сегнето-, пьезо- и пироэлектрики, электреты, материалы квантовой электроники, жидкие кристаллы, электро-, магнито- и акустооптические материалы, диэлектрические кристаллы с нелинейными оптическими свойствами и др.
Свойствами активных диэлектриков обладают твердые, жидкие газообразные вещества. По химическому составу это могут быть органические и неорганические материалы. По свойствам и строению их можно подразделить на полярные и неполярные, кристаллические и аморфные диэлектрики. Резкой границы между активными и пассивными диэлектриками не существует. Один и тот же материал в различных условиях эксплуатации может выполнять либо пассивные функции изолятора или конденсатора либо активные функции управляющего или преобразующего элемента.
2. Сегнетоэлектрики
Возможно вы искали - Реферат: Акустические свойства полупроводников
Сегнетоэлектриками называют вещества, обладающие спонтанной (самопроизвольной) поляризацией, направление которой может быть изменено с помощью внешнего электрического поля.
В отсутствии внешнего электрического поля сегнетоэлектрики, как правило, имеют доменную структуру. Домены - это макроскопические области, обладающие спонтанной поляризацией, которая возникает под влиянием внутренних процессов в диэлектрике. Линейные размеры доменов составляют 0.001 - 1 мм. Направление электрических моментов у разных доменов различно. В результате суммарная поляризованность образца в целом равна нулю.
|
Наличие петли гистерезиса является основным свойством сегнетоэлектриков, которое отличает их от других классов диэлектриков. Другим характерным параметром сегнетоэлектриков является сегнетоэлектрическая точка Кюри - температура при которой возникает (при охлаждении) или исчезает (при нагревании) спонтанная поляризация, а диэлектрическая поляризация достигает своего максимального значения (рис.35). После достижения точки Кюри доменная структура распадается и сегнетоэлектрик переходит в пароэлектрическое состояние. Это сопровождается резким уменьшением tgd, поскольку исчезают потери на гистерезис. При температурах выше точки Кюри зависимость диэлектрической проницаемости от температуры подчиняется закону Кюри-Вейсса.
где C - константа Кюри; q - температура Кюри-Вейсса.
Похожий материал - Дипломная работа: Альтернативні джерела енергії
По типу химической связи и физическим свойствам сегнетоэлектрики подразделяют на ионные и дипольные кристаллы.
К ионным сегнетоэлектрикам относится титанат бария (BaTiO3), титанат свинца (PbTiO3), ниобат лития (LiNbO3), танталат лития (LiTaO3) и др. Эти соединения не растворимы в воде, обладают значительной механической прочностью, легко получаются в виде поликристаллов по керамической технологии, имеют более высокую температуру Кюри и большее значение спонтанной пояризованности, чем дипольные сегнетоэлектрики.
К дипольным сегнетоэлектрикам относятся сегнетова соль, дигидросульфат калия (KH2PO4), нитрит натрия (NaNО2) и др. Дипольные сегнетоэлектрики очень хорошо растворяются в воде и обладают малой механической прочностью, точка Кюри у многих из них намного ниже комнатной температуры.
Сегнетоэлектрики применяются для изготовления малогабаритных низкочастотных конденсаторов, термоэлектрических и пироэлектрических преобразователей, диэлектрических усилителей и модуляторов, ячеек памяти и преобразователей лазерного излучения.
Конденсаторная сегнетокерамика должна иметь наибольшую величину диэлектрической проницаемости с малой зависимостью ее от температуры, небольшие потери, наименьшую зависимость Е и tgd от напряженности электрического поля (малую нелинейность), высокие значения удельного объемного и поверхностного сопротивления и электрической прочности. Оптимизация электрических характеристик достигается подбором концентрации компонентов сегнетоэлектрика.
Очень интересно - Реферат: Альтернативные виды топлива Настоящее и будущее.
В промышленности используют несколько сегнетоэлектрических материалов, каждый из которых применяют для определенных типов конденсаторов.
Сегнетоэлектрики, обладающие резко выраженными нелинейными свойствами, применяются для нелинейных конденсаторов - варикондов. Одна из основных характеристик вариконда - это коэффициент нелинейности K = Cmax/Cнач., величина которого может принять от 4 до 50. Нелинейные диэлектрические элементы, обычно в тонкопленочном исполнении, являются основой различных радиотехнических устройств - параметрических усилителей, низкочастотных усилителей мощности, фазовращателей, умножителей частоты, модуляторов, стабилизаторов напряжения и др.
3 Пьезоэлектрики
К пьезоэлектрикам относятся диэлектрики, которые обладают сильно выраженным пьезоэлектрическим эффектом.
Прямым пьезоэффектом называют явление поляризации диэлектрика под действием механического напряжения. Электрический заряд Q, возникающий на поверхности, изменяется по линейному закону в зависимости от механических усилий F (рис. 36,а).
Вам будет интересно - Реферат: Альтернативные источники энергетики
Q = dF; Q/S = qs = R = dd,
где d - пьезомодуль; S - площадь; qs - заряд на единицу площади, Р - поляризованость, d - механическое напряжение в сечении диэлектрика.
Пьезомодуль d численно равен заряду, на единице площади поверхности при приложении к нему единицы давления. Величина пьезомодуля составляет около 10-10 Кл/Н.
При обратном пьезоэффекте происходит изменение размеров диэлектрика Dl/l пропорционально напряженности электрического поля Е.
D l/l = d = dE,
Похожий материал - Реферат: Альтернативные источники энергии
где d - относительная деформация.
Пьезомодули d прямого и обратного пьезоэффекта для одного и того же материала равны между собой.
Пьезоэффект наблюдается лишь в ионных и сильнополярных диэлектриках, в структуре которых отсутствует центр симметрии и которые обладают высоким удельным сопротивлением.
Для характеристики конкретных пьезоэлектриков используют также величину называемую коэффициентом электромеханической связи k. Это связано с тем, что реальная работа внешней силы затрачивается не только на деформацию, но и на поляризацию.