Los ferroeléctricos son elementos con polarización eléctrica espontánea (SEP). Los iniciadores de su inversión pueden ser aplicaciones del rango eléctrico E con parámetros y vectores de dirección apropiados. Este proceso se llama repolarización. Se acompaña necesariamente de histéresis.
Características comunes
Los ferroeléctricos son componentes que tienen:
- Permisividad colosal.
- Potente módulo piezoeléctrico.
- Bucle.
El uso de ferroeléctricos se lleva a cabo en muchas industrias. Estos son algunos ejemplos:
- Ingeniería de radio.
- Electrónica cuántica.
- Tecnología de medición.
- Acústica eléctrica.
Los ferroeléctricos son sólidos que no son metales. Su estudio es más efectivo cuando su estado es monocristalino.
Especificidades brillantes
Solo hay tres de estos elementos:
- Polarización reversible.
- No linealidad.
- Características anómalas.
Muchos ferroeléctricos dejan de ser ferroeléctricos cuando están encondiciones de transición de temperatura. Dichos parámetros se denominan TK. Las sustancias se comportan de manera anormal. Su constante dieléctrica se desarrolla rápidamente y alcanza niveles sólidos.
Clasificación
Ella es bastante compleja. Normalmente sus aspectos clave son el diseño de los elementos y la tecnología de formación del SEP en contacto con él durante el cambio de fases. Aquí hay una división en dos tipos:
- Tener una compensación. Sus iones cambian durante el movimiento de fase.
- El orden es caos. En condiciones similares, en ellos se ordenan los dipolos de la fase inicial.
Estas especies también tienen subespecies. Por ejemplo, los componentes sesgados se dividen en dos categorías: perovskitas y pseudoilmenitas.
El segundo tipo tiene una división en tres clases:
- Dihidrógeno fosfato de potasio (KDR) y metales alcalinos (por ejemplo, KH2AsO4 y KH2 PO4 ).
- Triglicina sulfatos (THS): (NH2CH2COOH3)× H 2SO4.
- Componentes de cristal líquido
Perovskitas
Estos elementos existen en dos formatos:
- Monocristalino.
- Cerámica.
Contienen un octaedro de oxígeno, que contiene un ion Ti con una valencia de 4-5.
Cuando ocurre la etapa paraeléctrica, los cristales adquieren una estructura cúbica. Los iones como Ba y Cd se concentran en la parte superior. Y sus contrapartes de oxígeno se colocan en el medio de las caras. Así se formaoctaedro.
Cuando los iones de titanio cambian aquí, se realiza SEP. Dichos ferroeléctricos pueden crear mezclas sólidas con formaciones de estructura similar. Por ejemplo, PbTiO3-PbZrO3 . Esto da como resultado cerámicas con características adecuadas para dispositivos como varicondas, actuadores piezoeléctricos, positores, etc.
Pseudo-ilmenitas
Difieren en la configuración romboédrica. Su brillante especificidad son los indicadores de alta temperatura de Curie.
También son cristales. Por regla general, se utilizan en mecanismos acústicos en las grandes olas superiores. Los siguientes dispositivos se caracterizan por su presencia:
- resonadores;
- filtros con rayas;
- moduladores acústico-ópticos de alta frecuencia;
- Receptores pirotécnicos.
También se introducen en dispositivos no lineales electrónicos y ópticos.
KDR y TGS
Los ferroeléctricos de la primera clase designada tienen una estructura que organiza los protones en contactos de hidrógeno. El SEP ocurre cuando todos los protones están en orden.
Los elementos de esta categoría se utilizan en dispositivos ópticos no lineales y en óptica eléctrica.
En los ferroeléctricos de la segunda categoría, los protones se ordenan de manera similar, solo se forman dipolos cerca de las moléculas de glicina.
Los componentes de este grupo se utilizan de forma limitada. Por lo general, contienen receptores pirotécnicos.
Vistas de cristal líquido
Se caracterizan por la presencia de moléculas polares dispuestas en orden. Aquí se manifiestan claramente las principales particularidades de los ferroeléctricos.
Sus cualidades ópticas se ven afectadas por la temperatura y el vector del espectro eléctrico exterior.
En base a estos factores se implementa el uso de ferroeléctricos de este tipo en sensores ópticos, monitores, banners, etc.
Diferencias entre las dos clases
Los ferroeléctricos son formaciones con iones o dipolos. Tienen diferencias significativas en sus propiedades. Por lo tanto, los primeros componentes no se disuelven en agua en absoluto, pero tienen una gran resistencia mecánica. Se forman fácilmente en el formato policristalino siempre que se opere el sistema cerámico.
Estos últimos se disuelven fácilmente en agua y tienen una fuerza insignificante. Permiten la formación de monocristales de parámetros sólidos a partir de composiciones acuosas.
Dominios
La mayoría de las características de los ferroeléctricos dependen de los dominios. Por lo tanto, el parámetro de corriente de conmutación está estrechamente relacionado con su comportamiento. Se encuentran tanto en monocristales como en cerámica.
La estructura de dominio de la ferroeléctrica es un sector de dimensiones macroscópicas. En él, el vector de polarización arbitraria no tiene discrepancias. Y solo hay diferencias con un vector similar en sectores vecinos.
Los dominios separan paredes que pueden moverse en el espacio interno de un solo cristal. En este caso, hay un aumento en algunos y una disminución en otros dominios. Cuando hay una repolarización, los sectores se desarrollan por el desplazamiento de las paredes o procesos similares.
Propiedades eléctricas de los ferroeléctricos,que son monocristales, se forman en función de la simetría de la red cristalina.
La estructura energética más rentable se caracteriza por el hecho de que los límites de dominio en ella son eléctricamente neutros. Por lo tanto, el vector de polarización se proyecta sobre el límite de un dominio particular y es igual a su longitud. Al mismo tiempo, es de dirección opuesta al vector idéntico desde el lado del dominio más cercano.
En consecuencia, los parámetros eléctricos de los dominios se forman sobre la base del esquema cabeza-cola. Se determinan los valores lineales de los dominios. Están en el rango 10-4-10-1 ver
Polarización
Debido al campo eléctrico externo, el vector de acciones eléctricas de los dominios cambia. Surge así una poderosa polarización de los ferroeléctricos. Como resultado, la constante dieléctrica alcanza valores enormes.
La polarización de los dominios se explica por su origen y desarrollo debido al cambio de sus límites.
La estructura indicada de los ferroeléctricos provoca una dependencia indirecta de su inducción en el grado de voltaje del campo externo. Cuando es débil, la relación entre los sectores es lineal. Aparece una sección en la que los límites del dominio se desplazan según un principio reversible.
En la zona de campos poderosos, tal proceso es irreversible. Al mismo tiempo, crecen los sectores para los que el vector SEP forma el ángulo mínimo con el vector campo. Y con cierta tensión, todos los dominios se alinean exactamente a lo largo del campo. Se está formando la saturación técnica.
Bajo tales condiciones, cuando la tensión se reduce a cero, no hay una inversión similar de la inducción. Ella esobtiene el residuo Dr. Si se ve afectado por un campo con una carga opuesta, disminuirá rápidamente y cambiará su vector.
El posterior desarrollo de la tensión conduce de nuevo a la saturación técnica. Así, se denota la dependencia del ferroeléctrico de la inversión de polarización en espectros variables. Paralelamente a este proceso, se produce la histéresis.
La intensidad del rango Er, en el cual la inducción sigue hasta el valor cero, es la fuerza coercitiva.
Proceso de histéresis
Con él, los límites del dominio se desplazan irreversiblemente bajo la influencia del campo. Significa la presencia de pérdidas dieléctricas por costos de energía para el arreglo de dominios.
Aquí se forma un bucle de histéresis.
Su área corresponde a la energía gastada en la ferroeléctrica en un ciclo. Debido a las pérdidas, en él se forma la tangente del ángulo 0, 1.
Los bucles de histéresis se crean con diferentes valores de amplitud. Juntos, sus picos forman la curva de polarización principal.
Operaciones de medida
La constante dieléctrica de los ferroeléctricos de casi todas las clases difiere en valores sólidos incluso en valores alejados de TK.
Su medida es la siguiente: se aplican dos electrodos al cristal. Su capacidad se determina en un rango variable.
Arribaindicadores TK la permeabilidad tiene una cierta dependencia térmica. Esto se puede calcular en base a la ley de Curie-Weiss. La siguiente fórmula funciona aquí:
e=4pC / (T-Tc).
En él, C es la constante de Curie. Por debajo de los valores de transición, cae rápidamente.
La letra "e" en la fórmula significa no linealidad, que está presente aquí en un espectro bastante estrecho con un voltaje cambiante. Por ello y por la histéresis, la permeabilidad y el volumen del ferroeléctrico dependen del modo de funcionamiento.
Tipos de permeabilidad
El material bajo diferentes condiciones de operación de un componente no lineal cambia sus cualidades. Se utilizan los siguientes tipos de permeabilidad para caracterizarlos:
- Estadística (est). Para calcularlo se utiliza la curva de polarización principal: est =D / (e0E)=1 + P / (e 0E) » P / (e0E).
- Inversa (ep). Denota un cambio en la polarización del ferroeléctrico en el rango variable bajo la influencia paralela de un campo estable.
- Efectivo (eef). Calculado a partir de la corriente real I (implica un tipo no sinusoidal) que va junto con el componente no lineal. En este caso, existe una tensión activa U y una frecuencia angular w. La fórmula funciona: eef ~ Cef =I / (wU).
- Inicial. Se determina en espectros extremadamente débiles.
Dos tipos principales de piroeléctricos
Estos son ferroeléctricos y antiferroeléctricos. Ellos tienenhay sectores BOT - dominios.
En la primera forma, un dominio forma una esfera despolarizante a su alrededor.
Cuando se crean muchos dominios, disminuye. La energía de despolarización también disminuye, pero aumenta la energía de las paredes sectoriales. El proceso se completa cuando estos indicadores están en el mismo orden.
¿Cuál es el comportamiento del HSE cuando los ferroeléctricos están en la esfera exterior?, se describió anteriormente.
Antiferroeléctricos - asimilación de al menos dos subredes colocadas una dentro de la otra. En cada uno, la dirección de los factores dipolares es paralela. Y su índice dipolar común es 0.
En espectros débiles, los antiferroeléctricos se distinguen por un tipo de polarización lineal. Pero a medida que aumenta la intensidad del campo, pueden adquirir condiciones ferroeléctricas. Los parámetros de campo se desarrollan de 0 a E1. La polarización crece linealmente. En el movimiento inverso, ya se está alejando del campo: se obtiene un bucle.
Cuando se forma la fuerza del rango E2, ferroeléctrico se convierte en su antípoda.
Al cambiar el vector de campo E, la situación es idéntica. Esto significa que la curva es simétrica.
Antiferroeléctrico, superando la marca de Curie, adquiere condiciones paraeléctricas.
Con la aproximación inferior a este punto, la permeabilidad alcanza un cierto máximo. Por encima varía según la fórmula de Curie-Weiss. Sin embargo, el parámetro de permeabilidad absoluta en el punto indicado es inferior al de los ferroeléctricos.
En muchos casos, los antiferroeléctricos tienenestructura cristalina similar a sus antípodas. En raras ocasiones y con compuestos idénticos, pero a diferentes temperaturas, aparecen fases de ambos piroeléctricos.
Los antiferroeléctricos más famosos son NaNbO3, NH4H2P0 4 etc.. Su número es inferior al número de ferroeléctricos comunes.
