Ferroelétricos são Conceito, definição, propriedades e aplicação

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Última modificação: 2023-12-17 05:39

Ferroelétricos são elementos com polarização elétrica espontânea (SEP). Os iniciadores de sua reversão podem ser aplicações da faixa elétrica E com parâmetros e vetores de direção apropriados. Esse processo é chamado de repolarização. É necessariamente acompanhado por histerese.

Recursos comuns

Ferroelétricos são componentes que possuem:

1. Permissividade colossal.
2. Poderoso módulo piezo.
3. Loop.

O uso de ferroelétricos é realizado em muitas indústrias. Aqui estão alguns exemplos:

1. Engenharia de rádio.
2. Eletrônica quântica.
3. Tecnologia de medição.
4. Acústica elétrica.

Ferroelétricos são sólidos que não são metais. Seu estudo é mais eficaz quando seu estado é monocristal.

Especificidades brilhantes

Existem apenas três desses elementos:

1. Polarização reversível.
2. Não linearidade.
3. Características anômalas.

Muitos ferroelétricos deixam de ser ferroelétricos quando estão emcondições de transição de temperatura. Tais parâmetros são chamados T_K. As substâncias se comportam de forma anormal. Sua constante dielétrica se desenvolve rapidamente e atinge níveis sólidos.

Classificação

Ela é bastante complexa. Normalmente seus aspectos chave são o desenho dos elementos e a tecnologia de formação do SEP em contato com ele durante a mudança de fases. Aqui há uma divisão em dois tipos:

1. Tendo um deslocamento. Seus íons mudam durante o movimento de fase.
2. Ordem é caos. Sob condições semelhantes, os dipolos da fase inicial são ordenados nelas.

Estas espécies também possuem subespécies. Por exemplo, componentes tendenciosos se enquadram em duas categorias: perovskitas e pseudo-ilmenitas.

O segundo tipo tem uma divisão em três classes:

1. Dihidrogenofosfato de potássio (KDR) e metais alcalinos (por exemplo, KH₂AsO₄ e KH_{2 PO}4 _).
2. Triglicina sulfatos (THS): (NH₂CH₂COOH₃)× H ₂SO_4.
3. Componentes de cristal líquido

Perovskitas

Esses elementos existem em dois formatos:

1. Monocristalino.
2. Cerâmica.

Eles contêm um octaedro de oxigênio, que contém um íon Ti com valência de 4-5.

Quando ocorre o estágio paraelétrico, os cristais adquirem uma estrutura cúbica. Íons como Ba e Cd estão concentrados no topo. E suas contrapartes de oxigênio estão posicionadas no meio dos rostos. É assim que se formaoctaedro.

Quando os íons de titânio mudam aqui, o SEP é executado. Tais ferroelétricos podem criar misturas sólidas com formações de estrutura semelhante. Por exemplo, PbTiO₃-PbZrO₃ . Isso resulta em cerâmicas com características adequadas para dispositivos como varicondas, atuadores piezo, postes, etc.

Pseudo-ilmenitas

Eles diferem na configuração romboédrica. Sua especificidade brilhante são indicadores de alta temperatura Curie.

Eles também são cristais. Como regra, eles são usados em mecanismos acústicos nas grandes ondas superiores. Os seguintes dispositivos são caracterizados por sua presença:

- ressonadores;

- filtros com listras;

- moduladores acústico-ópticos de alta frequência;

- receptores pirotécnicos.

Eles também são introduzidos em dispositivos eletrônicos e ópticos não lineares.

KDR e TGS

Ferroelétricos da primeira classe designada possuem uma estrutura que organiza prótons em contatos de hidrogênio. O SEP ocorre quando todos os prótons estão em ordem.

Os elementos desta categoria são usados em dispositivos ópticos não lineares e em óptica elétrica.

Nos ferroelétricos da segunda categoria, os prótons são ordenados de forma semelhante, apenas dipolos são formados perto das moléculas de glicina.

Os componentes deste grupo são usados de forma limitada. Geralmente eles contêm receptores pirotécnicos.

Vistas de cristal líquido

São caracterizadas pela presença de moléculas polares dispostas em ordem. Aqui, as principais especificidades dos ferroelétricos são claramente manifestadas.

Suas qualidades ópticas são afetadas pela temperatura e pelo vetor do espectro elétrico externo.

Com base nesses fatores, o uso de ferroelétricos desse tipo é implementado em sensores ópticos, monitores, banners, etc.

Diferenças entre as duas classes

Ferroelétricos são formações com íons ou dipolos. Eles têm diferenças significativas em suas propriedades. Assim, os primeiros componentes não se dissolvem na água, mas têm uma poderosa resistência mecânica. São facilmente formados no formato policristal desde que o sistema cerâmico seja operado.

Este último se dissolve facilmente em água e tem força desprezível. Eles permitem a formação de cristais únicos de parâmetros sólidos a partir de composições aquosas.

Domínios

A maioria das características dos ferroelétricos depende de domínios. Assim, o parâmetro da corrente de comutação está intimamente relacionado ao seu comportamento. Eles são encontrados tanto em monocristais quanto em cerâmicas.

A estrutura de domínio dos ferroelétricos é um setor de dimensões macroscópicas. Nele, o vetor de polarização arbitrária não tem discrepâncias. E há apenas diferenças de um vetor semelhante em setores vizinhos.

Domínios separam paredes que podem se mover no espaço interno de um único cristal. Neste caso, há um aumento em alguns e uma diminuição em outros domínios. Quando há repolarização, os setores se desenvolvem devido ao deslocamento das paredes ou processos semelhantes.

Propriedades elétricas dos ferroelétricos,que são monocristais, são formados com base na simetria da rede cristalina.

A estrutura energética mais lucrativa é caracterizada pelo fato de que os limites de domínio nela são eletricamente neutros. Assim, o vetor de polarização é projetado na fronteira de um domínio particular e é igual ao seu comprimento. Ao mesmo tempo, é oposta em direção ao vetor idêntico do lado do domínio mais próximo.

Conseqüentemente, os parâmetros elétricos dos domínios são formados com base no esquema cabeça-cauda. Os valores lineares dos domínios são determinados. Eles estão no intervalo 10^-4-10^-1 veja

Polarização

Devido ao campo elétrico externo, o vetor de ações elétricas dos domínios muda. Assim, surge uma poderosa polarização dos ferroelétricos. Como resultado, a constante dielétrica atinge valores enormes.

A polarização dos domínios é explicada por sua origem e desenvolvimento devido ao deslocamento de seus limites.

A estrutura indicada dos ferroelétricos causa uma dependência indireta de sua indução no grau de tensão do campo externo. Quando é fraco, a relação entre os setores é linear. Aparece uma seção onde os limites do domínio são deslocados de acordo com um princípio reversível.

Na zona de campos poderosos, tal processo é irreversível. Ao mesmo tempo, crescem os setores para os quais o vetor SEP forma o ângulo mínimo com o vetor campo. E em uma certa tensão, todos os domínios se alinham exatamente ao longo do campo. A saturação técnica está sendo formada.

Sob tais condições, quando a tensão é reduzida a zero, não há reversão semelhante da indução. Ela éobtém o D_r residual. Se for afetado por um campo com carga oposta, diminuirá rapidamente e mudará seu vetor.

O desenvolvimento subsequente de tensão novamente leva à saturação técnica. Assim, denota-se a dependência do ferroelétrico na reversão de polarização em espectros variados. Em paralelo a este processo, ocorre a histerese.

A intensidade do intervalo E_r, na qual a indução segue pelo valor zero, é a força coercitiva.

Processo de histerese

Com ele, os limites do domínio são irreversivelmente deslocados sob a influência do campo. Significa a presença de perdas dielétricas devido aos custos de energia para a disposição dos domínios.

Um loop de histerese se forma aqui.

Sua área corresponde à energia gasta na ferroelétrica em um ciclo. Devido às perdas, a tangente do ângulo 0, 1 é formada nela.

Loops de histerese são criados em diferentes valores de amplitude. Juntos, seus picos formam a curva de polarização principal.

Operações de medição

A constante dielétrica dos ferroelétricos de quase todas as classes difere em valores sólidos mesmo em valores distantes de T_K.

Sua medição é a seguinte: dois eletrodos são aplicados ao cristal. Sua capacidade é determinada em uma faixa variável.

Acimaindicadores T_K permeabilidade tem uma certa dependência térmica. Isso pode ser calculado com base na lei de Curie-Weiss. A seguinte fórmula funciona aqui:

e=4pC / (T-Tc).

Nela, C é a constante de Curie. Abaixo dos valores de transição, cai rapidamente.

A letra "e" na fórmula significa não-linearidade, que está presente aqui em um espectro bastante estreito com uma tensão variável. Por causa disso e da histerese, a permeabilidade e o volume do ferroelétrico dependem do modo de operação.

Tipos de permeabilidade

Material sob diferentes condições de operação de um componente não linear altera suas qualidades. Os seguintes tipos de permeabilidade são usados para caracterizá-los:

1. Estatístico (e_st). Para calculá-lo, a curva de polarização principal é usada: e_st =D / (e₀E)=1 + P / (e 0_{E) » P / (e}0_E).
2. Reverso (e_p). Indica uma mudança na polarização do ferroelétrico na faixa variável sob a influência paralela de um campo estável.
3. Efetivo (e_ef). Calculado a partir da corrente real I (implica tipo não senoidal) indo em conjunto com o componente não linear. Neste caso, existe uma tensão ativa U e uma frequência angular w. A fórmula funciona: e_ef ~ C_ef =I / (wU).
4. Inicial. É determinado em espectros extremamente fracos.

Dois tipos principais de piroelétricos

Estes são ferroelétricos e antiferroelétricos. Eles têmexistem setores BOT - domínios.

Na primeira forma, um domínio forma uma esfera despolarizante em torno de si.

Quando muitos domínios são criados, diminui. A energia de despolarização também diminui, mas a energia das paredes do setor aumenta. O processo é concluído quando esses indicadores estão na mesma ordem.

Qual é o comportamento do HSE quando os ferroelétricos estão na esfera externa, foi descrito acima.

Antiferroelétricos - assimilação de pelo menos duas sub-redes colocadas uma dentro da outra. Em cada um, a direção dos fatores dipolares é paralela. E seu índice dipolo comum é 0.

Em espectros fracos, os antiferroelétricos são distinguidos por um tipo linear de polarização. Mas à medida que a intensidade do campo aumenta, eles podem adquirir condições ferroelétricas. Os parâmetros de campo se desenvolvem de 0 a E_1. A polarização cresce linearmente. No movimento inverso, ela já está se afastando do campo - obtém-se um loop.

Quando a intensidade da faixa E_{2 é formada,} ferroelétrico é convertido em seu antípoda.

Ao alterar o vetor campo E, a situação é idêntica. Isso significa que a curva é simétrica.

Antiferroelétrico, ultrapassando a marca Curie, adquire condições paraelétricas.

Com a aproximação inferior a este ponto, a permeabilidade atinge um certo máximo. Acima dela, varia de acordo com a fórmula de Curie-Weiss. No entanto, o parâmetro de permeabilidade absoluta no ponto indicado é inferior ao dos ferroelétricos.

Em muitos casos, os antiferroelétricos têmestrutura cristalina semelhante aos seus antípodas. Em raras situações e com compostos idênticos, mas em temperaturas diferentes, aparecem fases de ambos os piroelétricos.

Os antiferroelétricos mais famosos são NaNbO_3, NH₄H₂P0 4 _{etc. Seu número é inferior ao número de ferroelétricos comuns.}