Сигнетодиэлектрики - раздел Образование, Виды связи Сигнетодиэлектриками Называются Материалы, Которые Обладают Спонтанной (Само...
Сигнетодиэлектриками называются материалы, которые обладают спонтанной (самопроизвольной) поляризацией в определенном интервале температур.
Спонтанная поляризация - это поляризация, которая возникает в диэлектрике под влиянием внутренних процессов, без внешних воздействий. Это явление связано с особенностями сегнетодиэлектриков.
Объем сигнетодиэлектрика разделен на домены, которые представляют собой макроскопические области с различным направлением векторов спонтанной поляризованности Р. В отсутствие внешнего электрического поля суммарная поляризованность образца в целом равна нулю. При воздействии внешнего электрического поля векторы спонтанной поляризации диполей ориентируются в основном в направлении поля, что вызывает эффект очень сильной поляризации, следствием чего является сверхвысокое значение диэлектрической проницаемости е.
Рис. 5.8. Петля диэлектрического гистерезиса идеального сигнетодиэлектрика: Pс - поляризованность сигнетодиэлектрика; Eс - напряженность внешнего электрического поля; P„ - поляризованность начала участка насыщения; E„ - напряженность начала участка насыщения
Зависимость поляризованности Р от напряженности внешнего электрического поля Е в сигнентодиэлектриках нелинейна и при циклическом изменении напряженности поля имеет вид характерной замкнутой кривой, которая называется петлей гистерезиса (рис. 5.8).
При напряженности поля Е =0 поляризованность Р образца, состоящего из одного домена, равна + Рс или –Рc. С увеличением напряженности поля, приложенного по направлению Рс, поляризованность Р растет линейно благодаря обычным механизмам поляризации (электронному, ионному, дипольному). Если прикладывать электрическое поле противоположного знака, то при некотором значении напряженности поля Ес происходит переполяризация, т. е. изменение направления вектора Рc на противоположное. Напряженность поля, при которой происходит изменение направления спонтанной поляризованности, называют коэрцитивной силой Hc.
Сегнетоэлектрическая точка Кюри - температура, при которой возникает (при охлаждении) или исчезает (при нагревании) спонтанная поляризация. Диэлектрическая проницаемость ε вещества при температуре точки Кюри Тк максимальна. После достижения точки Кюри происходит фазовый переход из сегнетоэлектрическо-го состояния в параэлектрическое, когда Рс = 0.
Диэлектрическая проницаемостью ε и тангенс угла диэлектрических потерь tgδ сильно зависят от частоты, особенно в области высоких частот.
Рассмотренные особенности поляризации были впервые открыты у кристалла сегнетовой соли, а диэлектрики с такими свойствами получили название сегнетоэлектриков.
Нелинейная сигнетокерамика обладает резко выраженной нелинейной зависимостью диэлектрической проницаемости от напряженности электрического поля.
Нелинейные диэлектрические конденсаторы, емкость которых зависит от приложенного напряжения, называют варикондами (слово «вариконд» произошло от слов «вариация» и «конденсатор»).
Конструктивно вариконды выполняют в виде дисковых или пленочных плоских керамических конденсаторов.
В зависимости от области применения в варикондах используется два вида диэлектрической нелинейности - эффективная и реверсивная.
Эффективная нелинейность - это изменение емкости от амплитуды приложенного напряжения (синусоидального, импульсного или любой другой формы). Она существует лишь на низких частотах. На высоких частотах емкость вариконда не зависит от напряженности электрического поля. Эффективную нелинейность используют в стабилизаторах переменного напряжения, в устройствах искрогашения.
Реверсивная нелинейность - это изменение емкости в переменном поле другим, управляющим электрическим полем. Управляющее напряжение прикладывается к вариконду одновременно с переменным. Управляющее поле может быть постоянным или медленно меняющимся. Частота напряжения управляющего поля меньше частоты напряжения переменного поля, а амплитуда управляющего напряжения выше амплитуды переменного напряжения.
Реверсивная нелинейность сегнетоэлектриков используется в диэлектрических усилителях, стабилизаторах напряжения, устройствах автоматики.
Терморезистивная сигнетокерамика использует позисторный эффект, который заключается в резком возрастании удельного электрического сопротивления ρ при повышении температуры вблизи точки Кюри.
Сигнетоэлектрики с прямоугольной петлей гистерезиса применяют в запоминающих устройствах (ЗУ) электронно-вычислительных машин (ЭВМ). В отсутствие внешнего электрического поля поляризованный сегнетоэлектрик имеет два стабильных состояния с поляризованностями + Рс и -Рс Одно из этих состояний в запоминающей ячейке ЭВМ соответствует хранению единицы, а второе - нуля. Меняя напряжение записи, сегнетоэлектрик можно переводить из одного состояния в другое.
Для лучших сегнетокерамических материалов быстродействие составляет десятки наносекунд.
Все темы данного раздела:
Виды связи
Все вещества состоят из атомов. Электроны притягиваются к ядру и отталкиваются друг от друга. Внешние электроны могут отрываться от одного атома и присоединяться к другому атому, изменяя число его
Кристаллические вещества
К кристаллическим веществам относят все металлы и металлические сплавы.
Кристалл состоит из множества сопряженных друг с другом элементарных кристаллических ячеек. В элементарной кристалли
Аморфные и аморфно-кристаллические вещества
Аморфные вещества. В аморфных веществах атомы и молекулы расположены беспорядочно. В отличие от кристаллических аморфные вещества не имеют строго определенной температуры перехода
Материалы с высокой проводимостью
К материалам этого типа предъявляются следующие требования: минимальное значение удельного электрического сопротивления; достаточно высокие механические свойства (главным образом пр
Медь и ее сплавы
Медь.Медь является одним из самых распространенных материалов высокой проводимости. Она обладает следующими свойствами:
- малым удельным электрическим сопр
Алюминий и его сплавы
Алюминий.Алюминий относится к так называемым легким металлам (плотность литого алюминия около 2600, прокатанного - 2700 кг/м3).
Алюминий
Железо и его сплавы
Железо обладает следующими свойствами:
- более высокое по сравнению с медью и алюминием удельное электрическое сопротивление (ρ примерно 0,1 мкОм×м), что ограни
Проводниковые резистивные материалы
Проводниковые резистивные материалы разделяют на сплавы для проволочных резисторов (манганин, константан) и для электронагревательных элементов (нихром, фехраль, хромаль).
Пленочные резистивные материалы
Пленочные резистивные материалы получают из исходных материалов в процессе получения самих резистивных пленок. Свойства таких резистивных пленок значительно отличаются от свойств
Материалы для термопар
Для термопар применяют чистые металлы и различные сплавы с высоким электрическим сопротивлением.
Материалы для термопар выбирают по следующим характеристикам:
доп
Благородные металлы
Группу благородных металлов (серебро, платина, палладий, золото) составляют металлы, обладающие наибольшей химической стойкостью к условиям окружающей среды и действию агрессивных сред (кислот, щ
Тугоплавкие металлы
К тугоплавким относят металлы с температурой плавления более 1700°С. Эти металлы, как правило, химически устойчивы при низких температурах, но при повышенных температурах активно взаимодействуют с
Сверхпроводники
При понижении температуры удельное электрическое сопротивление металлов уменьшается и при весьма низких (криогенных) температурах электрическое сопротивление металлов приближается
Криопроводники
Некоторые металлы могут достигать при низких (криогенных) температурах весьма малого значения удельного электрического сопротивления ρ, которое в сотни и тысячи раз меньше, чем удельное элект
Материалы для электроугольных изделий
К электроугольным изделиям относятся щетки электрических машин, электроды для прожекторов и электролитических ванн, аноды гальванических элементов, микрофоны, содержащие угольный порошок, угольные
Проводящие и резистивные композиционные материалы
Проводящие композиционные материалы представляют собой механические смеси мелкодисперсных порошков металлов и их соединений с органической или неорганической связкой.
Композиционные матер
Материалы для подвижных контактов
Все контактные материалы при работе подвергаются износу (разрушению). Принято различать механический, химический и электрический износы.
Механический износ связан с истиранием и деформир
Материалы для скользящих контактов
Скользящие контакты обеспечивают переход электрического тока от неподвижной части устройства к подвижной.
При работе скользящих контактов их поверхности подвергаются механическому износу и
Материалы для размыкающих контактов
Материалы для размыкающих контактов работают в сложных условиях, поскольку в процессе работы между контактными поверхностями размыкающих контактов могут возникать электрические разряды в виде искры
Металлокерамика
Металлокерамические или порошковые сплавы получают из металлических порошков методом их прессования и последующего спекания при температуре ниже температуры плавления исходных материа
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Полупроводниковые материалы обладают проводимостью, которой можно управлять, изменяя напряжение, температуру, освещенность и другие факторы. По способности проводить электрический ток полупроводн
Свойства полупроводников
Свойства полупроводниковых материалов характеризуются следующими показателями: собственная и примесная проводимости полупроводников, электропроводность полупроводников, оптические и фотооптически
Простые полупроводники
Простыми называют такие полупроводники, основной состав которых образован атомами одного химического элемента.
Большинство полупроводниковых материалов представляют собой кристаллические
Полупроводниковые соединения
Простые полупроводники не всегда отвечают требованиям современного производства полупроводниковых приборов. Для создания материалов с различными свойствами широко используют сложные неорганические
ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
По назначению диэлектрические материалы можно разделить на электроизоляционные материалы и активные диэлектрики.
По агрегатному состоянию диэлектрические материалы подраз
Электрические свойства
К электрическим свойствам диэлектриков относят поляризацию, электропроводность, диэлектрические потери и пробой.
Поляризация диэлектриков. Диэлектрик, поме
Механические свойства диэлектрика.
К основным механическим свойствам диэлектрика относятся упругость, прочность и вязкость. Упругость при небольших механических напряжениях выполняется закон Гука, который устанавлива
Тепловые свойства
К основным тепловым свойствам диэлектрика относят нагрево-стойкость, теплопроводность, тепловое расширение и холодостойкость (морозостойкость).
Нагревостойкость - это способность д
Влажностные свойства
Все изолирующие материалы поглощают влагу. Размер молекулы воды примерно 2,1 * 10-9 м, что позволяет ей проникать даже в поры таких диэлектриков, как стекло.
Наличие пор,
Физико-химические свойства
К основным физико-химическим свойствам относят кислотное число, растворимость, химостойкость, светостойкость и радиационную стойкость.
Кислотное число определяется количес
Полимеризационные синтетические полимеры
Получают в процессе полимеризации под действием теплоты, давления, ультрафиолетовых лучей, а также инициаторов и катализаторов. При полимеризации двойные и тройные связи мономеров разрываются и мол
Полимерные углеводороды.
К ним относят полистирол, полипропилен, полиэтилен, поливинилхлорид (ПВХ), винипласти др.
Полистирол - твердый прозрачный материал, неполярный диэлектрик с высокими электроизоляционными св
Фторорганические полимеры.
Одним из существенных недостатков органических синтетических полимеров является пониженная теплостойкость. Для большинства органических полимеров допустимые рабочие температуры от -60 до + 120°С. У
Фенолформальдегидные смолы
Фенолформальдегидные смолы получают путем поликонденсации фенола в водном растворе формальдегида при температуре 70...90°С в присутствии катализатора (кислоты или щелочи). Они могут быть термореакт
Полиэфирные смолы
Полиэфирные смолы получают в результате реакции поликонденсации различных многоатомных спиртов (гликоля, глицерина и др.) и многоосновных органических кислот (фталевой, малеиновой и
Эпоксидные смолы
В чистом виде эпоксидные смолы представляют собой термопластичные низкоплавкие жидкие материалы.
После добавления отвердителей эпоксидные смолы быстро отвердевают, приобретая пространствен
Полиамиды
Полиамиды - термопластичные полярные диэлектрики с линейной структурой.
Среди полиамидов наиболее распространены капрон и найлон.
Капрон имеет температуру размягчения 215…2
Полиимиды
Полиимиды органические полимеры, которые обладают высокой нагревостойкостью (длительно выдерживают температуру до 300°С, а кратковременно до температуры 500°С); очень высокой холодостойкостью (сохр
Электроизоляционные пластмассы
Пластические массы (пластмассы) объединяют группу твердых или упругих материалов, которые состоят полностью или частично из полимерных соединений и формуются в изделия методами, основанными на испо
Слоистые пластики и фольгированные материалы
Слоистые пластики являются одной из разновидностей пластмасс, которые получают горячим прессованием листовых волокнистых материалов, предварительно пропитанных синтетическими смолам
Электроизоляционные материалы на основе каучуков.
Полимеры, которые при нормальной температуре подвержены большим обратным деформациям растяжения (до многих сотен процентов), называются эластомерами. Эластомерами являются все каучуки и резины. На
Компаунды.
Компаунды представляют собой механические смеси из электроизоляционных материалов, не содержащих растворителей.
По сравнению с лаками компаунды обеспечивают лучшую влагостойкость и влагоне
ТВЕРДЫЕ НЕОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ.
К твердым неорганическим диэлектрикам относят стекла; стеклокристаллические материалы, получаемые с использованием специальной термообработки стекла; оксидные электроизоляционные пленки; керамику;
Ситаллы.
Ситаллы («ситалл» - сокращение от слов «силикат» и «кристалл») – продукт частичной кристаллизации стекломассы, в которую кроме обычных оксидов вводят тонкодисперсные примеси, служащие для образован
Керамика.
Керамика – твердый плотный материал, который получают спеканием неорганических солей с минералами и оксидами металлов.
В качестве исходных материалов используют непластичные кристалообразу
Жидкие диэлектрики
Жидкие диэлектрики представляют собой низкомолекулярные вещества органического происхождения, которые бывают полярными и не полярными. Их электрофизические свойства в значительной степени зависит о
Газообразные диэлектрики
Они должны быть химически инертны, не образовывать активных веществ, разрушающих твердые мат
Пробой газов в однородном электрическом поле
Однородное поле образуется между электродами одинаковой геометрической формы с большой площадью поверхности (например, плоскость-плоскость, шар-шар), когда их диаметр D в 10 раз больше расстояния
Пробой газа в неоднородном поле
Неоднородное поле образуется между электродами, если хотя бы один из которых имеет малую площадь. В основном неоднородные электрические поля существуют в газоразрядных приборах, между контактами
Относительная плотность воздуха 1.
В ряде случаев воздух является основным изолирующим материалом, например в воздушных конденсаторах, на участках воздушных линий электропередачи воздух образует единственную изоляцию между голыми п
Пьезодиэлектрики
Пьезоэлектриками называют твердые, анизотропные кристаллические вещества, обладающие пьезоэффектом.
Пьезоэффект был открыт братьями Кюри в 1880 г.
Явление образования электрическ
Электреты
Электретами называются диэлектрики, которые длительное время создают в окружающем пространстве электрическое поле за счет предварительной электризации или поляризации.
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Магнитные свойства материалов характеризуются петлей гистерезиса, кривой намагничивания, магнитной проницаемостью, потерями энергии при перемагничивании.
Магнитотвердые материалы
К магнитотвердым материалам относится магнитные материалы с широкой гистерезисной петлей и большой коэрцитивной силой Нс (рис. 6.3, г).
Основными характеристиками магни
Магнитомягкие материалы
Основным видом потерь в магнитомягких материалах являются на вихревые токи, которые для листового образца пропорциональны квадрату частоты перемагничивания. Это явление связано с магнитным поверхн
Магнитомягкие материалы для низкочастотных магнитных полей
В постоянных и низкочастотных магнитных полях (на частотах до единиц килогерц) применяют металлические магнитомягкие материалы: технически чистое, электролитическое и карбонильное
Новости и инфо для студентов