Ferroelectrics ጽንሰ-ሀሳብ፣ ፍቺ፣ ንብረቶች እና አተገባበር ናቸው።

2024 ደራሲ ደራሲ: Angel Austin | [email protected]. ለመጨረሻ ጊዜ የተሻሻለው: 2023-12-17 05:15

Ferroelectrics ድንገተኛ የኤሌክትሪክ ፖላራይዜሽን (SEP) ያላቸው ንጥረ ነገሮች ናቸው። የተገላቢጦሹ አስጀማሪዎች የኤሌክትሪክ ክልል ኢ አግባብ ባለው መመዘኛዎች እና አቅጣጫዎች ቬክተሮች ሊሆኑ ይችላሉ. ይህ ሂደት ሪፖላራይዜሽን ይባላል. የግድ ከጅብ ጋር አብሮ ይመጣል።

የተለመዱ ባህሪያት

Ferroelectrics የሚከተሉትን ክፍሎች ያሏቸው ናቸው፡

1. ትልቅ ፍቃድ።
2. ኃይለኛ የፓይዞ ሞጁል።
3. ሉፕ።

የፌሮ ኤሌክትሪክ አጠቃቀም በብዙ ኢንዱስትሪዎች ውስጥ ይካሄዳል። አንዳንድ ምሳሌዎች እነኚሁና፡

1. የሬዲዮ ምህንድስና።
2. ኳንተም ኤሌክትሮኒክስ።
3. የመለኪያ ቴክኖሎጂ።
4. የኤሌክትሪክ አኮስቲክስ።

Ferroelectrics ብረት ያልሆኑ ጠንካራ ነገሮች ናቸው። ጥናታቸው በጣም ውጤታማ የሚሆነው ግዛታቸው ነጠላ ክሪስታል ሲሆን ነው።

ብሩህ ዝርዝሮች

ከእነዚህ ንጥረ ነገሮች ሦስቱ ብቻ ናቸው፡

1. የሚቀለበስ ፖላራይዜሽን።
2. የመስመር አልባነት።
3. ያልተለመዱ ባህሪያት።

በርካታ ፌሮኤሌክትሪኮች ወደ ውስጥ ሲገቡ ፌሮ ኤሌክትሪክ መሆን ያቆማሉየሙቀት ሽግግር ሁኔታዎች. እንደዚህ ያሉ መለኪያዎች T_{K ይባላሉ።} ንጥረ ነገሮች ያልተለመደ ባህሪ አላቸው። የእነሱ ኤሌክትሪክ ቋሚነት በፍጥነት ያድጋል እና ጠንካራ ደረጃዎች ላይ ይደርሳል።

መመደብ

እሷ በጣም ውስብስብ ነች። ብዙውን ጊዜ የእሱ ቁልፍ ገጽታዎች የንጥረ ነገሮች ንድፍ እና የ SEP ምስረታ ቴክኖሎጂ በደረጃዎች ለውጥ ወቅት ከእሱ ጋር ግንኙነት ነው. እዚህ በሁለት ዓይነቶች መከፋፈል አለ፡

1. ማካካሻ በማድረግ ላይ። ionዎቻቸው በደረጃ እንቅስቃሴ ጊዜ ይቀየራሉ።
2. ትዕዛዝ ትርምስ ነው። በተመሳሳዩ ሁኔታዎች ውስጥ፣ የመጀመርያው ደረጃ ዲፖሎች በውስጣቸው ታዝዘዋል።

እነዚህ ዝርያዎችም ንዑስ ዝርያዎች አሏቸው። ለምሳሌ፣ አድሏዊ የሆኑ አካላት በሁለት ምድቦች ይከፈላሉ፡- perovskites እና pseudo-ilmenites።

ሁለተኛው ዓይነት በሶስት ክፍሎች የተከፈለ ነው፡

1. ፖታሲየም ዳይሃይድሮጂን ፎስፌትስ (KDR) እና አልካሊ ብረቶች (ለምሳሌ ኬህ₂አሶ₄ እና KH_{2 PO}4 _።።
2. Triglycine sulfates (THS): (NH₂CH₂COOH₃)× ሀ ₂SO_4.
3. የፈሳሽ ክሪስታል ክፍሎች

Perovskites

እነዚህ አካላት በሁለት ቅርጸቶች አሉ፡

1. Monocrystalline።
2. ሴራሚክ።

ኦክሲጅን ኦክታሄድሮን ይይዛሉ፣ እሱም ከ4-5 የሆነ ቫሌንስ ያለው Ti ion ይዟል።

የፓራኤሌክትሪክ ደረጃ ሲከሰት ክሪስታሎች ኪዩቢክ መዋቅር ያገኛሉ። እንደ ባ እና ሲዲ ያሉ ionዎች ከላይ የተከማቹ ናቸው። እና የኦክስጂን ተጓዳኝዎቻቸው በፊቶች መካከል ተቀምጠዋል. እንዲህ ነው የሚፈጠረውOctahedron።

የቲታኒየም ions ሲቀየሩ SEP ይከናወናል። እንደነዚህ ያሉት ፌሮኤሌክትሪክ ተመሳሳይ መዋቅር ያላቸው ቅርጾች ጠንካራ ድብልቆችን ሊፈጥሩ ይችላሉ. ለምሳሌ፣ PbTiO₃-PbZrO₃ ። ይህ እንደ varicondas፣ piezo actuators፣ postistor ወዘተ ላሉ መሳሪያዎች ተስማሚ ባህሪ ያላቸውን ሴራሚክስ ያስከትላል።

ሐሳዊ-ኢልማኒቶች

በ rhombohedral ውቅር ይለያያሉ። ብሩህ ልዩነታቸው ከፍተኛ የኩሪ ሙቀት አመልካቾች ነው።

እነሱም ክሪስታሎች ናቸው። እንደ አንድ ደንብ, በላይኛው ትላልቅ ሞገዶች ላይ በአኮስቲክ ዘዴዎች ውስጥ ጥቅም ላይ ይውላሉ. የሚከተሉት መሳሪያዎች በተገኙበት ተለይተዋል፡

- አስተጋባዎች፤

- ማጣሪያዎች ከጭረቶች ጋር፤

- ከፍተኛ ድግግሞሽ አኮስቲክ-ኦፕቲክ ሞዱለተሮች፤

- ፒሮ ተቀባዮች።

እንዲሁም ወደ ኤሌክትሮኒክስ እና ኦፕቲካል ወደማይሆኑ መሳሪያዎች ገብተዋል።

KDR እና TGS

የመጀመሪያው የተሰየመው ክፍል ፌሮኤሌክትሪክ ፕሮቶን በሃይድሮጂን ግንኙነት ውስጥ የሚያስተካክል መዋቅር አላቸው። SEP የሚከሰተው ሁሉም ፕሮቶኖች በቅደም ተከተል ሲሆኑ ነው።

የዚህ ምድብ ክፍሎች መስመራዊ ባልሆኑ የጨረር መሳሪያዎች እና በኤሌክትሪካል ኦፕቲክስ ውስጥ ጥቅም ላይ ይውላሉ።

በሁለተኛው ምድብ ፌሮ ኤሌክትሪክ ውስጥ ፕሮቶኖች በተመሳሳይ መልኩ ታዝዘዋል፣ከግላይን ሞለኪውሎች አጠገብ የሚፈጠሩት ዲፖሎች ብቻ ናቸው።

የዚህ ቡድን አካላት በተወሰነ መጠን ጥቅም ላይ ይውላሉ። አብዛኛውን ጊዜ ፒሮ ተቀባይዎችን ይይዛሉ።

የፈሳሽ ክሪስታል እይታዎች

የሚታወቁት በቅደም ተከተል የተደረደሩ የዋልታ ሞለኪውሎች በመኖራቸው ነው።እዚህ፣ የፌሮ ኤሌክትሪክ ዋና ዋና ነገሮች በግልፅ ይታያሉ።

የእነሱ የኦፕቲካል ጥራቶች በሙቀት እና በውጫዊ ኤሌክትሪክ ስፔክትረም ቬክተር ተጎድተዋል።

በእነዚህ ነገሮች ላይ በመመስረት የዚህ አይነት ፌሮ ኤሌክትሪክ አጠቃቀም በኦፕቲካል ዳሳሾች፣ ተቆጣጣሪዎች፣ ባነሮች፣ ወዘተ.

ይተገበራል።

በሁለቱ ክፍሎች መካከል ያሉ ልዩነቶች

Ferroelectrics ion ወይም dipoles ያላቸው ቅርጾች ናቸው። በንብረታቸው ውስጥ ጉልህ ልዩነቶች አሏቸው. ስለዚህ, የመጀመሪያዎቹ ክፍሎች በውሃ ውስጥ ሙሉ በሙሉ አይሟሟሉም, ነገር ግን ኃይለኛ የሜካኒካዊ ጥንካሬ አላቸው. የሴራሚክ ሲስተም እስከተሰራ ድረስ በቀላሉ በ polycrystal ፎርማት ይፈጠራሉ።

የኋለኛው በቀላሉ በውሃ ውስጥ ይሟሟቸዋል እና ትንሽ ጥንካሬ አላቸው። ከውሃ ጥንቅሮች የጠንካራ መለኪያዎች ነጠላ ክሪስታሎች እንዲፈጠሩ ይፈቅዳሉ።

ጎራዎች

አብዛኞቹ የፌሮኤሌክትሪክ ባህሪያት በጎራዎች ላይ የተመሰረቱ ናቸው። ስለዚህ, የመቀየሪያው የአሁኑ መለኪያ ከባህሪያቸው ጋር በቅርበት የተያያዘ ነው. በነጠላ ክሪስታሎች እና በሴራሚክስ ውስጥ ይገኛሉ።

የፌሮኤሌክትሪክ ጎራ መዋቅር የማክሮስኮፒክ ልኬቶች ዘርፍ ነው። በውስጡ, የዘፈቀደ ፖላራይዜሽን ቬክተር ምንም ልዩነቶች የሉትም. እና በአጎራባች ሴክተሮች ውስጥ ከተመሳሳይ ቬክተር ልዩነቶች ብቻ አሉ።

በአንድ ክሪስታል ውስጠኛ ክፍል ውስጥ ሊንቀሳቀሱ የሚችሉ ግድግዳዎችን ይለያል። በዚህ ሁኔታ, በአንዳንድ አካባቢዎች መጨመር እና በሌሎች ጎራዎች ውስጥ መቀነስ አለ. ድጋሚ ለውጥ በሚኖርበት ጊዜ ሴክተሮች የሚለሙት በግድግዳዎች መፈናቀል ወይም ተመሳሳይ ሂደቶች ምክንያት ነው።

የፌሮ ኤሌክትሪክ ንብረቶች፣ነጠላ ክሪስታሎች የሚፈጠሩት በክሪስታል ጥልፍልፍ ሲምሜትሪ መሰረት ነው።

በጣም ትርፋማ የሆነው የኢነርጂ መዋቅር በውስጡ ያሉት የጎራ ድንበሮች በኤሌክትሪክ ገለልተኛ በመሆናቸው ይገለጻል። ስለዚህ, የፖላራይዜሽን ቬክተር በተወሰነው ጎራ ወሰን ላይ ተዘርግቷል እና ከርዝመቱ ጋር እኩል ነው. በተመሳሳይ ጊዜ፣ በአቅራቢያው ካለው ጎራ ጎን ወደ ተመሳሳይ ቬክተር አቅጣጫ ተቃራኒ ነው።

በዚህም ምክንያት፣የጎራዎቹ ኤሌክትሪክ መለኪያዎች የሚፈጠሩት በጭንቅላት-ጭራ እቅድ ላይ ነው። የጎራዎች መስመራዊ እሴቶች ተወስነዋል። በ10^-4-10^-1 ይመልከቱ

ፖላራይዜሽን

በውጫዊ ኤሌክትሪክ መስክ ምክንያት፣የጎራዎች የኤሌክትሪክ ድርጊቶች ቬክተር ይቀየራል። ስለዚህ, የ ferroelectrics ኃይለኛ ፖላራይዜሽን ይነሳል. በዚህ ምክንያት የዳይኤሌክትሪክ ቋሚው ግዙፍ እሴቶች ላይ ይደርሳል።

የጎራዎች ፖላራይዜሽን የሚገለፀው በድንበራቸው ሽግግር ምክንያት በመነሻቸው እና በእድገታቸው ነው።

የተጠቆመው የፌሮ ኤሌክትሪኮች አወቃቀር ቀጥተኛ ያልሆነ ጥገኛን በውጫዊ መስክ የቮልቴጅ መጠን ላይ ያስከትላል። ደካማ ሲሆን በሴክተሮች መካከል ያለው ግንኙነት ቀጥተኛ ነው. በሚቀለበስ መርህ መሰረት የጎራ ገደቦቹ የሚቀያየሩበት ክፍል ይታያል።

በኃይለኛ መስኮች ዞን፣እንዲህ ዓይነቱ ሂደት የማይቀለበስ ነው። በተመሳሳይ ጊዜ, የ SEP ቬክተር ዝቅተኛውን አንግል የሚፈጥርባቸው ዘርፎች በመስክ ቬክተር ያድጋሉ. እና በተወሰነ ውጥረት ሁሉም ጎራዎች በትክክል በሜዳው ላይ ይሰለፋሉ። የቴክኒክ ሙሌት እየተፈጠረ ነው።

በእንደዚህ አይነት ሁኔታዎች ውጥረቱ ወደ ዜሮ ሲቀንስ ተመሳሳይ የመነሳሳት መቀልበስ የለም። እሷ ናትቀሪውን D_r ያገኛል። ተቃራኒ ክፍያ ባለው መስክ ከተነካ በፍጥነት ይቀንሳል እና ቬክተሩን ይለውጣል።

የሚቀጥለው የውጥረት እድገት እንደገና ወደ ቴክኒካል ሙሌት ይመራል። ስለዚህ የፌሮኤሌክትሪክ ጥገኛ በፖላራይዜሽን ተገላቢጦሽ በተለያየ ስፔክትራ ውስጥ ይገለጻል። ከዚህ ሂደት ጋር በትይዩ ሀይስቴሲስ ይከሰታል።

የክልሉ ጥንካሬ E_r፣ በማስተዋወቅ በዜሮ እሴቱ ተከትሎ የሚመጣው የግዴታ ሃይል ነው።

የሃይስቴሬሲስ ሂደት

በእሱ፣የጎራ ድንበሮች በማይቀለበስ ሁኔታ በሜዳው ተጽዕኖ ይቀየራሉ። ለጎራዎች ዝግጅት በሃይል ወጪዎች ምክንያት የዲኤሌክትሪክ ኪሳራ መኖሩ ማለት ነው።

የሃይስቴሲስ loop እዚህ አለ።

አካባቢው በአንድ ዑደት ውስጥ በፌሮ ኤሌክትሪክ ውስጥ ከሚወጣው ኃይል ጋር ይዛመዳል። በኪሳራዎች ምክንያት፣ የማዕዘን 0፣ 1 ታንጀንት በውስጡ ይመሰረታል።

Hysteresis loops የሚፈጠሩት በተለያየ ስፋት እሴቶች ነው። አንድ ላይ፣ ጫፎቻቸው ዋናውን የፖላራይዜሽን ጥምዝ ይመሰርታሉ።

የመለኪያ ስራዎች

የሁሉም ክፍሎች ማለት ይቻላል የፋይሮኤሌክትሪክ ኤሌክትሪክ ቋሚ በጠንካራ እሴቶች ከT_K.

ይለያያል።

መለኪያው እንደሚከተለው ነው፡- ሁለት ኤሌክትሮዶች ወደ ክሪስታል ይተገበራሉ። አቅሙ በተለዋዋጭ ክልል ውስጥ ነው የሚወሰነው።

ከላይአመላካቾች T_K መተላለፊያው የተወሰነ የሙቀት ጥገኛ አለው። ይህ በCurie-Weiss ህግ መሰረት ሊሰላ ይችላል። የሚከተለው ቀመር እዚህ ይሰራል፡

e=4pC / (T-Tc)።

በውስጡ C የ Curie ቋሚ ነው። ከመሸጋገሪያ እሴቶች በታች፣ በፍጥነት ይወድቃል።

በቀመር ውስጥ ያለው "e" የሚለው ፊደል መስመር-አልባ ማለት ነው፣ እሱም እዚህ በተመጣጣኝ ጠባብ ስፔክትረም በተለዋዋጭ ቮልቴጅ ይገኛል። በእሱ እና በሃይሪቴሲስ ምክንያት የፌሮ ኤሌክትሪክ አቅም እና መጠን በአሠራሩ ሁነታ ይወሰናል።

የመተላለፊያ ዓይነቶች

ቁሳቁስ በተለያዩ የአሠራር ሁኔታዎች መስመራዊ ያልሆነ አካል ባህሪያቱን ይለውጣል። የሚከተሉት የመተላለፊያ ዓይነቶች እነሱን ለመለየት ጥቅም ላይ ይውላሉ፡

1. ስታቲስቲካዊ (e_st)። እሱን ለማስላት ዋናው የፖላራይዜሽን ኩርባ ጥቅም ላይ ይውላል፡ e_st =D / (e₀E)=1 + P / (e 0_{ኢ) » P / (e}0_ኢ)።
2. ተገላቢጦሽ (e_p)። በተረጋጋ መስክ በትይዩ ተጽእኖ በተለዋዋጭ ክልል ውስጥ የ ferroelectric ፖላራይዜሽን ለውጥን ያመለክታል።
3. ውጤታማ (e_ef)። ከትክክለኛው I (sinusoidal ዓይነት ያልሆነን ያመለክታል) ከተሰላው መስመር ካልሆኑ አካላት ጋር። በዚህ ሁኔታ, ንቁ ቮልቴጅ ዩ እና የማዕዘን ድግግሞሽ w. ቀመሩ ይሰራል፡ e_ef ~ C_ef =I / (wU)።
4. የመጀመሪያ። እጅግ በጣም ደካማ በሆነ እይታ ነው የሚወሰነው።

ሁለት ዋና ዋና የፓይሮኤሌክትሪክ አይነቶች

እነዚህ ፌሮ ኤሌክትሪክ እና ፀረ-ፌሮ ኤሌክትሪክ ናቸው። አላቸውBOT ዘርፎች አሉ - ጎራዎች።

በመጀመሪያው ፎርም አንድ ጎራ በራሱ ዙሪያ የሚያፈርስ ሉል ይፈጥራል።

ብዙ ጎራዎች ሲፈጠሩ ይቀንሳል። የዲፖላራይዜሽን ኃይልም ይቀንሳል, ነገር ግን የሴክተሩ ግድግዳዎች ኃይል ይጨምራሉ. እነዚህ አመልካቾች በተመሳሳይ ቅደም ተከተል ሲሆኑ ሂደቱ ይጠናቀቃል።

የ HSE ባህሪ ምንድን ነው ፌሮኤሌክትሪክ በውጫዊው ሉል ውስጥ ሲሆኑ፣ከላይ ተብራርቷል።

Antiferroelectrics - እርስ በርስ የተቀመጡ ቢያንስ የሁለት ንዑስ ክፍሎች ውህደት። በእያንዳንዳቸው, የዲፕሎይድ ምክንያቶች አቅጣጫው ትይዩ ነው. እና የእነሱ የጋራ ዲፖል መረጃ ጠቋሚ 0.

ነው

በደካማ ስፔክትራ ውስጥ አንቲፌሮኤሌክትሪክ የሚለዩት በመስመራዊ የፖላራይዜሽን አይነት ነው። ነገር ግን የመስክ ጥንካሬው እየጨመረ በሄደ መጠን የፌሮኤሌክትሪክ ሁኔታዎችን ሊያገኙ ይችላሉ. የመስክ መለኪያዎች ከ0 ወደ ኢ_{1 ያድጋሉ።} ፖላራይዜሽን በመስመር ያድጋል። በተገላቢጦሽ እንቅስቃሴ ላይ፣ ቀድሞውንም ከሜዳው እየራቀች ነው - ሉፕ ተገኘ።

የክልሉ ጥንካሬ E_{2 ሲፈጠር} ፌሮኤሌክትሪክ ወደ አንቲፖድ ይቀየራል።

የሜዳውን ቬክተር ኢ ሲቀይሩ ሁኔታው ተመሳሳይ ነው። ይህ ማለት ኩርባው የተመጣጠነ ነው።

Antiferroelectric፣ከኩሪ ምልክት በላይ፣የፓራኤሌክትሪክ ሁኔታዎችን ያገኛል።

ከዚህ ነጥብ ዝቅተኛ አቀራረብ ጋር፣ የመተላለፊያው አቅም የተወሰነ ከፍተኛ ይደርሳል። ከእሱ በላይ, እንደ Curie-Weiss ቀመር ይለያያል. ነገር ግን፣ በተጠቀሰው ነጥብ ላይ ያለው ፍፁም የመተላለፊያ ልኬት ከፌሮኤሌክትሪክ ያነሰ ነው።

በአብዛኛዎቹ አጋጣሚዎች ፀረ-ፈርሮ ኤሌክትሪክ አላቸው።ክሪስታል መዋቅር ከፀረ-መከላከያዎቻቸው ጋር ተመሳሳይ ነው. አልፎ አልፎ እና ተመሳሳይ ውህዶች ባሉበት ነገር ግን በተለያየ የሙቀት መጠን የሁለቱም የፓይሮ ኤሌክትሪክ ደረጃዎች ይታያሉ።

በጣም የታወቁት ፀረ-ፌሮኤሌክትሪክ መሳሪያዎች ናኤንቦ_3፣ NH₄H₂P0 4 _{ወዘተ። ቁጥራቸው ከጋራ ፌሮ ኤሌክትሪክ ብዛት ያነሰ ነው።}