Краткие теоретические сведения. Сегнетоэлектриками называется группа кристаллических диэлектриков

Сегнетоэлектриками называется группа кристаллических диэлектриков, обладающих в определенном интервале температур самопроизвольной (спонтанной) поляризацией, т.е. поляризацией в отсутствие внешнего электрического поля. К сегнетоэлектрикам относятся, например, детально изученные И.В. Курчатовым (1903 – 1960) и П.П. Кобеко (1897 – 1954) сегнетова соль NaKC₄H₄O₆×4H₂O (от нее и получили свое название сегнето-электрики) и титанат бария BaTiO₃.

При отсутствии внешнего электрического поля весь объем сегнетоэлектрика самопроизвольно разбит на небольшие области, которые поляризованы до насыщения и называются доменами (диэлектрическими доменами). Возможные направления электрических моментов доменов определяются симметрией кристалла и имеют различные направления поляризованности, что схематически показано на рис.4.1, где стрелки указывают направление вектора поляризации Р. Так как в смежных доменах эти направления различны, то в целом дипольный момент диэлектрика равен нулю. При внесении сегнетоэлектрика во внешнее поле происходит переориентация дипольных моментов по полю, а возникшее при этом суммарное электрическое поле доменов будет поддерживать их некоторую ориентацию и после прекращения действия внешнего поля. Поэтому сегнетоэлектрики имеют аномально большие значения диэлектрической проницаемости (для сегнетовой соли, например, e_max » 10⁴).

Сегнетоэлектрические свойства сильно зависят от температуры. Для каждого сегнетоэлектрика имеется определенная температура, выше которой его необычные свойства исчезают и он становится обычным диэлектриком. Эта температура называется точкой Кюри (в честь французского физика Пьера Кюри (1859-1906)). Как правило, сегнетоэлектрики имеют только одну точку Кюри; исключение составляет лишь сегнетова соль (-18 и +24) и изоморфные с нею соединения. В сегнетоэлектриках вблизи точки Кюри наблюдается также резкое возрастание теплоемкости вещества. Превращение сегнетоэлектрика в обычный диэлектрик, происходящее в точке Кюри, сопровождается фазовым переходом II рода.

Диэлектрическая проницаемость e (а, следовательно, и диэлектрическая восприимчивость c) сегнетоэлектриков зависит от напряженности E поля в веществе, а для других диэлектриков эти величины являются характеристиками вещества.

Для сегнетоэлектриков связь между векторами поляризованности Р и напряженности Е нелинейная и зависит от значений Е в предшествующие моменты времени. В сегнетоэлектриках наблюдается явление диэлектрического гистерезиса («запаздывания»). Как видно из рис. 4.2, с увеличением напряженности Е внешнего электрического поля поляризация Р растет, достигая насыщения (кривая 1 (Оа)). Уменьшение Р, с уменьшением Е, происходит по кривой 2 и, при Е = 0, сегнетоэлектрик сохраняет остаточную поляризованность P₀, т.е. сегнетоэлектрик остается поляризованным в отсутствие внешнего электрического поля. Чтобы уничтожить остаточную поляризованность, надо приложить электрическое поле обратного направления (-Е_С). Величина Е_С называется коэрцитивной силой (от латинского  «coercitio» - удерживание). Если далее Е изменять, то Р будет изменяться по кривой 3 петли гистерезиса.

Интенсивному изучению сегнетоэлектриков послужило открытие академиком Б.М. Вулом (1903-1985) аномальных диэлектрических свойств титаната бария. Титанат бария из-за его химической устойчивости и высокой механической прочности, а также из-за сохранения сегнетоэлектрических свойств в широком температурном интервале нашел большое научно-техническое применение (например, в качестве генератора и приемника ультразвуковых волн). В настоящее время известно более сотни сегнетоэлектриков, не считая их твердых растворов. Сегнетоэлектрики широко применяются также в качестве материалов, обладающих большими значениями e (например, в конденсаторах).

⇐ Предыдущая234567891011Следующая ⇒

Поделиться: