Особенности поляризации, основные свойства и
Сегнетоэлектрики – вещества обладающие спонтанной или самопроизвольной поляризацией.
Спонтанная поляризация – поляризация возникающая в отсутствие электрического поля.
Диэлектрик
Сегнетоэлектрик
, т.к. малый объем диэлектрика будет иметь значение момента отличное от нуля.
Это обуславливается особым строением диэлектриков: наличием в них целых областей которые имеют одинаковые направления электрических моментов, составляющих эти области элементарных ячеек.
Образование доменов рассмотрим на примере BaTiO3 (титанат бария).
Ион Ti по сравнению с решеткой мал.
Центр тяжести положительных и отрицательных зарядов в центре куба (m=0, P=0).
При достаточно высоких температурах (для BaTiO3 более..) ионы титана и ионы кислорода совершают тепловые колебания, результатом которых является взаимное смещение друг к другу в направлениях x, y, z с образованием между ними ковалентных связей. При температурах выше 120 0С энергия таких колебаний достаточно высока, чтобы преодолеть эти силы взаимодействия и, соответственно, делает все шесть возможных положений иона титана равновероятными.
|
|
При температурах меньше 120 0С тепловая энергия уже недостаточна для преодоления сил взаимодействия возникающих между ионами титана и кислорода и между данными ионами возникает ковалентная связь. В результате ион Ti удерживается на некотором расстоянии от центра и, т.к. в этом случае центры тяжестей положительных и отрицательных зарядов элементарной ячейки перестают совпадать, возникает электрический момент. Элементарная ячейка, имея свое собственное полу, действует посредством этого поля на соседние ионы титана в других элементарных ячейках, принуждая их смещаться в том же направлении. В результате образуется целая область, которая называется доменом, с одинаковыми направленными моментами элементарными ячейками. Т.е. сегнетоэлектрик при температурах ниже 120 0С приобретает доменную структуру. Переходная область между двумя соседними доменами называется стенка (d»1¸1000 А). При изменении температуры и напряженности электрического поля (внешнего) размеры доменов изменяются, т.е. одни области могут увеличиваться за счет уменьшения других областей.
Обязательным условием возникновения сегнетоэлектрических свойств являются следующие:
1. именно такое строение, как на рисунке, при этом размеры иона в центре должно быть много меньше размеров решетки;
2. колебания центрального иона должны быть ангармонические;
3. у ионов Ti и O должны быть достаточно большие поляризуемости a.
|
|
Особые свойства сегнетоэлектриков
1. Высокая диэлектрическая проницаемость достигающая сотен и тысяч единиц (e»100¸1000)
2. Нелинейная зависимость e от температуры и наличие точки Кюри.
Область 1 – сегнетоэлектрик ведет себя как сегнетоэлектрик.
Область 2 – теряются сегнетоэлектрические свойства. Область называется областью параэлектричества (свойства обычного диэлектрика).
При росте температуры растет энергия теплового движения, благодаря чему облегчается разрушении старой ковалентной связи и образование новой, при которой электрический момент элементарной ячейки направлен вдоль поля. В случае многодоменного кристалла нагрев облегчает переориентацию доменов и приводит к увеличению поляризованности, что вызывает рост e. При достижении Tk хаотичные тепловые колебания становятся настолько интенсивными, что ион Ti не может создать ковалентные связи ни с одним атомом кислорода и, соответственно начинает колебаться около условного центра элементарной ячейки. Момент ее становится равным нулю. Тоже самое происходит с соседними ячейками и сегнетоэлектрик теряет свои сегнетоэлектрические свойства.
Может быть две и более точки Кюри.
сегнетоэлектрич. свойства проявляются в области от Tk1 до Tk2.
3. Нелинейная зависимость вектора поляризованности P от напряженности электрического поля E.
ER – коэрцитивное поле; PS – остаточная поляризация;
Наличие пьезоэффекта.
Электропроводность диэлектриков
Электропроводность – способность вещества проводить электрический ток.
Количественной оценкой электропроводности является проводимость.
в кубе n0 носителей заряда.
Помещаем куб в электрическое поле так, чтобы напряженность E была перпендикулярна грани куба.
также , где g - удельная проводимость. .
- подвижность носителя заряда – скорость носителя заряда при напряженности равной единице.
.
В зависимости от носителей зарядов различают следующие виды электропроводности:
1. Электронная электропроводность (металлическая). Носители: электроны. Наиболее сильно проявляется у металлов, у углерода, у некоторых соединений металлов с кислородом и серой. У диэлектриков проявляется в значительно меньшей степени и носит вспомогательный характер.
2. Ионная или электрическая электропроводность. Носители ионы, как положительные, так и отрицательные. Встречается в аморфных диэлектриках, газообразных и жидких диэлектриках.
3. Молионная электропроводность или электрофизическая. Носители группы заряженных молекул или атомов называемы молионами. Проявляется в жидких диэлектриках, в некоторых твердых диэлектриках аморфного строения. Сопровождается явлением электрофореза.
4. Смешанная электропроводность. Наблюдается в разной степени практически во всех диэлектриках имеющих различные виды носителей зарядов.