Диэлектрические свойства титаната бария
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
поля в ферроэлектрике.
1.2 Классификация диэлектриков
Диэлектрики бывают двух видов: неполярные и полярные.
Неполярный диэлектрик - диэлектрик, у молекул которого, вследствие их симметрии, центры положительных и отрицательных зарядов совпадают. Молекулы неполярного диэлектрика по своим электрическим свойствам подобны диполю, у которого электрический дипольный момент равен нулю. Пример неполярных диэлектриков H2, O2, Cl4.
В молекулах неполярных диэлектриков в отсутствие электрического поля центры масс положительного и отрицательного зарядов совпадают. Атомы и молекулы неполярных диэлектриков в нормальном состоянии не имеют электрических полюсов. Неполярный диэлектрик, помещённый во внешнее электрическое поле, поляризуется, с возникновением индуцированного (наведённого) дипольного электрического момента.
Существует класс неполярных диэлектриков - пьезоэлектрики, т.е. кристаллы на поверхности которых при деформации возникает не скомпенсированный заряд. Пьезоэлектриками могут быть только ионные кристаллы. В них положительные ионы образуют свою кристаллическую решётку, а отрицательные - свою. В нормальных условиях решётки совпадают, при любом механическом воздействии решётки сдвигаются относительно друг друга, вследствие чего на поверхности кристалла возникает разность потенциалов. Необходимо отметить, что существует и обратный эффект пьезоэлектричеству - электрострикция (преобразование электрических колебаний в механические деформации кристалла).
Полярный диэлектрик - диэлектрик, у молекул которого центры положительных и отрицательных зарядов смещены относительно друг друга. Молекулы полярного диэлектрика по своим электрическим свойствам подобны жесткому диполю с постоянным собственным дипольным моментом, = const. Пример полярных диэлектриков HCL, H2O, NH3.
диэлектрический титанат барий сегнетоэлектрический
У полярных диэлектриков молекулы в отсутствие электрического поля представляют собой диполи, но тепловое движение ориентирует их хаотичным образом.
К полярным диэлектрикам относятся электреты - диэлектрики, длительное время сохраняющие в объеме или на поверхности электрические заряды и тем самым создающие в окружающем пространстве электрическое поле. Такое свойство полярных диэлектриков проявляется, если помимо сильного электрического поля, к диэлектрику применяют какое - либо сильное активизирующее воздействие, ускоряющее процесс поляризации. В зависимости от вида воздействия различают термо-, фото-, магнит- электреты.
Существует еще одна разновидность полярных диэлектриков, представляющих интерес, это - пироэлектрики. Пироэлектрический эффект заключается в появлении электрических зарядов на поверхности диэлектрика при изменении его температуры. Такое превращение возможно, если диэлектрик был поляризован в отсутствии внешнего электрического поля. Повышение (понижение) температуры изменяет ориентацию полярных молекул и расстояние между атомами. Это и приводит к изменению спонтанной поляризованности. В результате чего, на поверхности диэлектрика возникают не скомпенсированные заряды.
Особый интерес представляют сегнетоэлектрики.
1.3 Сегнетоэлектрики
1.3.1 Исторический обзор развития сегнетоэлектриков
Первым веществом, в котором было обнаружено сегнетоэлектричество, была сегнетова соль KNaC4H4O64H2O. Аналогия между диэлектрическими свойствами этого вещества и ферромагнитными свойствами железа была установлена Дж. Валашеком (США) в 1920 г. Ему же удалось определить и температуру Кюри Tк как температуру перехода, при которой в сегнетовой соли возникает упорядоченная поляризация. Выше этой температуры дипольное упорядочение, а вместе с ним и сегнетоэлектричество, отсутствуют.
Ряд сегнетоэлектрических кристаллов был впервые получен в 1935г. в Цюрихе Г. Бушем и П. Шеррером. В качестве исходного был взят кристалл дигидрофосфата калия KH2PO4. Изоморфные с ним кристаллы, в которые вместо фосфора и водорода входят мышьяк и дейтерий, тоже обнаруживали сегнетоэлектрические свойства. Соединения аммония же (например, NH4H2PO4) не становились сегнетоэлектрическими ниже температуры Кюри, и спустя 20 лет было установлено, что они являются антисегнетоэлектриками. Это означает, что чередующиеся диполи таких кристаллов ориентируются антипараллельно друг другу (подобно магнитным моментам в антиферромагнетике). До 1943 года считалось, что содержание водорода в известных сегнетоэлектриках является непременным условием сегнетоэлектричества. Л. Онсагер и Дж. Слэтер в 1939г. предположили, что в кристалле КН2РО4 носителями сегнетоэлектрических свойств являются ионы водорода, смещенные из положения равновесия и упорядочивающиеся при температуре ниже Тк.
Однако после открытия в 1945г. Б.М. Вулом и И.М. Гольдманом сегнетоэлектричества в титанате бария BaTiO3 стало ясно, что наличие или отсутствие атомов водорода несущественно для сегнетоэлектричества. Выяснилось также, что явление сегнетоэлектричества распространено значительно шире, чем было принято считать ранее; в частности, оно возможно и в сравнительно простых кристаллических структурах. Вслед за титанатом бария в короткий срок было открыто много других сегнетоэлектриков, и в настоящее время их известно более 350.
1.3.2 Механизмы сегнетоэлектричества
Подобно тому, как в ферромагнитных веществах при помещении их в магнитное поле проя