Студопедия

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника



Диэлектрическая проницаемость и структура сегнетоэлектриков




Читайте также:
  1. II. ВОДОПРОНИЦАЕМОСТЬ ГРУНТОВ, ЗАКОН ЛАМИНАРНОЙ ФИЛЬТРАЦИИ
  2. II. Структура Системы сертификации ГОСТ Р и функции ее участников
  3. III. Примерная структура фронтального занятия.
  4. PR в государственных структурах и ведомствах. PR в финансовой сфере. PR в коммерческих организациях социальной сферы (культуры, спорта, образования, здравоохранения)
  5. Активы таможенных органов: понятие, структура и особенности
  6. Анализ финансового положения предприятия. Структура и порядок формирования финансового результата.
  7. Анимационный сервис, его структура и роль в социально-культурном сервисе и туризме.
  8. Апарат вищого спеціалізованого суду: структура і повноваження.
  9. Апарати місцевих та апеляційних судів: структура, основні завдання.
  10. Апертурные антенны: рупорные антенны. Линзовые антенны: диэлектрическая линза, линзы Люнеберга, металлопластинчатые линзы с повышенной фазовой скоростью.

Температурная зависимость диэлектрической проницаемости e для сегнетоэлектрических кристаллов имеет особенности в точках Кюри. Проиллюстрируем их на примере хорошо изученных модельных сегнетоэлектрических кристаллов.

Рассмотрим сначала кристалл сегнетовой (или рошельской) соли КNaC4H4O6×4H2O. Cегнетоэлектрические свойства сегнетовой соли были открыты в 1921 году чешским ученым Дж. Валашеком. При температуре +55°С сегнетова соль разлагается и перестает существовать как соединение. Вне точек Кюри этот кристалл имеет ромбическую симметрию (точечная группа 222), в сегнетофазе кристалл становится моноклинным (точечная группа 2) с единственным элементом симметрии - осью второго порядка. Это кристалл одноосный, сегнетоэлектрической осью является ось X. Кристаллографические оси а, b, с совпадают с осями прямоугольной системы координат Х, У, Z.

Для изучения диэлектрических свойств из кристалла нужно вырезать пластинку Х-среза, то есть пластинку, плоскость которой перпендикулярна оси Х. Результаты измерений температурной зависимости диэлектрической проницаемости показаны на рис. 2.1.

 

Рис. 2.1.Температурные зависимости e для кристалла

сегнетовой соли

 

Видны два ярко выраженных максимума e, соответствующих фазовым переходам в точках Кюри. В этом кристалле осуществляются фазовые переходы второго рода. Однако не всякий фазовый переход есть точка (или температура) Кюри. Температура Кюри (ТС) - это та температура, при которой фазовый переход в кристалле происходит с возникновением (или исчезновением) спонтанной поляризации. В сегнетовой соли оба фазовых перехода являются точками Кюри (при –180С и при +240С).

Значения e, указанные на рис. 2.1, соответствуют случаю "свободного" кристалла, которые отличаются от e "зажатого" кристалла. Диэлектрическая проницаемость свободного кристалла – это e, измеренная на достаточно низких частотах. Суть зажатия кристалла заключается в следующем. Сегнетоэлектрический кристалл является пьезоэлектриком. На низких частотах при подведении к кристаллу переменного внешнего напряжения он испытывает деформации в силу обратного пьезоэффекта. Наличие деформаций приводит в свою очередь к пьезоэлектрической поляризации за счет прямого пьезоэффекта. Если же к кристаллу приложено переменное электрическое поле высокой частоты, то пьезоэлектрические деформации не успевают следовать за частотой изменения поля. В этом случае кристалл "зажат", и e зажатого кристалла меньше, чем e свободного кристалла. По данным Мезона (1947г.) e сегнетовой соли на частоте 20 МГц становится равной 300, а на частоте 95000 МГц падает до 8 единиц.



Поскольку в зажатом кристалле e и другие физические величины мало зависят от температуры, это обстоятельство используется на практике для получения, хотя и меньших по величине, но более температурно-стабильных величин.

 

В качестве второго примера рассмотрим кристалл дигидрофосфата калия КН2РО4. Первые измерения диэлектрических параметров в зависимости от температуры на частоте 800 Гц при Ем = 200 В/см принадлежат Бушу (рис. 2.2). Кристалл КН2РО4 является одноосным с ТС = -151°С, симметрия кристалла изменяется от тетрагональной в параэлектрической фазе (точечная группа ) до ромбической (mm2). Сегнетоэлектрической осью является ось Z.

 

Рис. 2.2.Температурные зависимости e для кристалла КН2РО4



 

До недавнего времени считали, что в KH2PO4 осуществляется фазовый переход 2-го рода. По исследованиям последних лет надежно установлено, что в КH2РO4 происходит фазовый переход 1-го рода, близкий ко второму. Температурная зависимость e имеет своеобразный вид: ниже точки Кюри в довольно широком интервале температур e сохраняет высокие значения, имеется так называемое "плато". Высокие значения e ниже ТC объясняются большим вкладом доменного механизма в величину e в слабых измерительных полях около 1 В/см. Сущность доменного механизма обсудим позже, когда будем рассматривать доменную структуру кристаллов сегнетоэлектриков.

 

Кристалл триглицинсульфата (ТГС) имеет химическую формулу (CH2NH2COOH)3×H2SO4. Это кристалл с фазовым переходом 2-го рода, имеющий типичную зависимость e (Т), которая приведена на рис. 2.3. Так же как и сегнетова соль, ТГС является одноосным кристаллом, но с сегнетоэлектрической осью Y. Кристалл имеет моноклинную сингонию вне и внутри сегнетоэлектрической области, изменяется только класс сингонии от призматического класса (точечная группа 2/m) до диэдрического осевого класса (точечная группа 2).

Рис. 2.3.Температурные зависимости e для кристалла ТГС

 

Вдоль не сегнетоэлектрических осей значения e невелики: ex = 8,6 и ez = 5,7 при Т=20 °С. В параэлектрической фазе кристалл не обладает пьезоэлектрическим эффектом.

 

Титанат бария BaTiO3 является многоосным сегнетоэлектриком с точкой Кюри около 120 0С. Диэлектрические свойства BaTiO3 приведены на рис. 2.4.

 

Рис. 2.4. Температурные зависимости e для кристалла BaTiO3

 

Структура этого соединения довольно проста. При температуре выше 120 °С кристалл является кубическим (m3m). При ТC=120 °С он испытывает фазовый переход из кубической сингонии в тетрагональную, симметрия кристалла понижается до 4mm, спонтанная поляризация направлена вдоль одной из осей куба, элементарная ячейка деформируется - удлиняется ось с, оси a и b сжимаются. Элементарная ячейка становится параллелепипедом. В этой фазе кристалл трехосный. Высокотемпературный фазовый переход при 120 0С является переходом 1-го рода. Тетрагональность кристалла невелика: с/а = 1,0101. В этом кристалле наблюдаются еще два фазовых перехода. Вблизи 0 °С происходит фазовый переход 1-го рода в орторомбическую фазу (mm2), при этом сегнетоэлектрические свойства сохраняются, но направление РS скачком изменяется, спонтанная поляризация направлена вдоль диагонали грани куба (имеем в виду симметрию кристалла в парафазе). Наконец, при температуре около – 90 °С происходит еще один фазовый переход 1-го рода, кристалл становится ромбоэдрическим (3m), направление спонтанной поляризации опять изменяется - теперь РS направлена вдоль пространственной диагонали куба (рис. 2.5).



Рис. 2.5.Направление спонтанной поляризации в тетрагональной (а),

орторомбической (б) и ромбоэдрической (в) фазах BaTiO3

 

В орторомбической фазе кристалл шестиосный, а в ромбоэдрической - четырехосный. В точках фазовых переходов e достигает величин 8000-10000.

Почему в точках Кюри e имеет столь высокие значения? Объясняется это тем, что при температуре фазового превращения структура кристалла "рыхлая", неустойчивая, связи между частицами ослаблены, поэтому даже небольшое внешнее электрическое поле вызывает значительную индуцированную поляризацию. При удалении от точки Кюри вправо и влево структура стабилизируется, индуцированная поляризация становится меньше, и диэлектрическая проницаемость уменьшается.

 


Дата добавления: 2015-04-18; просмотров: 28; Нарушение авторских прав







lektsii.com - Лекции.Ком - 2014-2021 год. (0.01 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав
Главная страница Случайная страница Контакты