Mga dielectric na may mga espesyal na katangian - ferroelectrics at electrics

Ang mga dielectric sa karaniwang kahulugan ng salita ay mga sangkap na nakakakuha ng isang electric moment sa ilalim ng pagkilos ng isang panlabas na electrostatic field. Sa mga dielectric, gayunpaman, may mga nagpapakita ng ganap na hindi pangkaraniwang mga katangian. Ang mga dielectric na ito na may mga espesyal na katangian ay kinabibilangan ng ferroelectrics at dielectrics. Ang mga ito ay tatalakayin pa.

Ferroelectrics

Ang spontaneous o spontaneous polarization ng matter ay unang natuklasan noong 1920 sa Rochelle salt crystals at kalaunan sa iba pang crystals. Gayunpaman, bilang parangal sa asin ng Rochelle, ang unang bukas na dielectric na nagpapakita ng ari-arian na ito, ang buong pangkat ng mga naturang sangkap ay nagsimulang tawaging ferroelectrics o ferroelectrics. Noong 1930-1934, ang isang detalyadong pag-aaral ng kusang polariseysyon ng dielectrics ay isinagawa sa Leningrad Physics Department sa ilalim ng pamumuno ni Igor Vasilievich Kurchatov.

Ito ay lumabas na ang lahat ng ferroelectrics sa una ay nagpapakita ng isang binibigkas na anisotropy ng mga ferroelectric na katangian, at ang polariseysyon ay maaaring maobserbahan kasama lamang ng isa sa mga kristal na palakol.Ang mga isotropic dielectrics ay may parehong polariseysyon para sa lahat ng kanilang mga molekula, habang para sa mga sangkap na anisotropic, ang mga polarization vector ay naiiba sa iba't ibang direksyon. Sa kasalukuyan, daan-daang ferroelectrics ang natuklasan.

Ang mga ferroelectric ay nakikilala sa pamamagitan ng mga sumusunod na espesyal na katangian. Ang kanilang dielectric constant e sa isang tiyak na hanay ng temperatura ay nasa hanay na 1000 hanggang 10000 at nagbabago depende sa lakas ng inilapat na electrostatic field at nagbabago din nang hindi linearly. Ito ay isang manipestasyon ng tinatawag na Dielectric hysteresis, maaari mo ring i-plot ang polarization curve ng isang ferroelectric—isang hysteresis curve.

Ang hysteresis curve ng isang ferroelectric ay katulad ng isang hysteresis loop para sa isang ferromagnet sa isang magnetic field. Mayroong isang punto ng saturation dito, ngunit makikita mo rin na kahit na walang panlabas na electric field, kapag ito ay katumbas ng zero, ang ilang natitirang polarization ay sinusunod sa kristal upang alisin kung saan ang isang oppositely directed coercive force ay kailangang maging. inilapat sa sample.

Ang mga ferroelectric ay nailalarawan din sa pamamagitan ng isang intrinsic na Curie point, iyon ay, ang temperatura kung saan ang ferroelectric ay nagsisimulang mawala ang natitirang polarization nito habang nangyayari ang pangalawang-order na phase transition. Para sa asin ng Rochelle, ang temperatura ng Curie point ay nasa hanay na +18 hanggang +24ºC.

Ang dahilan para sa pagkakaroon ng mga katangian ng ferroelectric sa isang dielectric ay kusang polariseysyon na nagreresulta mula sa malakas na pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga particle ng sangkap. Ang sangkap ay nagsusumikap para sa isang minimum na potensyal na enerhiya, habang dahil sa pagkakaroon ng tinatawag na mga depekto sa istruktura, ang kristal ay nahahati pa rin sa mga rehiyon.

Bilang isang resulta, kapag walang panlabas na electric field, ang kabuuang electric momentum ng kristal ay zero, at kapag ang isang panlabas na electric field ay inilapat, ang mga rehiyon na ito ay may posibilidad na i-orient ang kanilang mga sarili sa kahabaan nito. Ang mga ferroelectric ay ginagamit sa mga radio engineering device tulad ng mga varicond — mga capacitor na may variable na kapasidad.

Mga electret

Ang mga dielectric ay tinatawag na dielectrics na maaaring mapanatili ang isang polarized na estado sa loob ng mahabang panahon kahit na matapos ang panlabas na electrostatic field na naging sanhi ng polarization ay naka-off. Sa una, ang mga dielectric molecule ay may pare-parehong dipole moments.

Ngunit kung ang naturang dielectric ay natunaw at pagkatapos ay isang malakas na permanenteng electrostatic field ang inilapat habang ito ay natutunaw, ang isang makabuluhang bahagi ng mga molekula ng tinunaw na substansiya ay magiging oriented ayon sa inilapat na larangan. , ngunit ang electrostatic field ay pinapayagang kumilos hanggang sa tumigas ang substance. Kapag ang tunaw na sangkap ay ganap na lumamig, ang field ay maaaring patayin.

Ang pag-ikot ng mga molekula sa sangkap na pinatigas pagkatapos ng pamamaraang ito ay magiging mahirap, na nangangahulugan na ang mga molekula ay mananatili sa kanilang oryentasyon. Ito ay kung paano ginawa ang mga electrician, na may kakayahang mapanatili ang isang polarized na estado mula sa ilang araw hanggang maraming taon. Sa unang pagkakataon na ginawa ang electret (thermoelectret) sa katulad na paraan mula sa carnauba wax at rosin ng Japanese physicist na si Yoguchi, nangyari ito noong 1922.

Ang natitirang polarization ng dielectric ay maaaring makuha sa pamamagitan ng pag-orient ng mga quasi-dipoles sa mga kristal sa pamamagitan ng paglipat ng mga sisingilin na particle sa mga electrodes o, halimbawa, sa pamamagitan ng pag-inject ng mga charged na particle mula sa mga electrodes o mula sa mga interelectrode gaps sa dielectric sa panahon ng polarization. Ang mga carrier ng singil ay maaaring ipasok sa sample nang artipisyal, halimbawa sa pamamagitan ng electron beam irradiation. Sa paglipas ng panahon, ang antas ng polariseysyon ng electret ay bumababa dahil sa mga proseso ng pagpapahinga at ang paggalaw ng mga carrier ng singil sa ilalim ng impluwensya ng panloob na electric field ng electret.

Sa prinsipyo, ang anumang dielectric ay maaaring ma-convert sa isang electret state. Ang pinaka-matatag na mga electret ay nakuha mula sa mga resin at wax, mula sa mga polymer at inorganic na dielectric na may polycrystalline o monocrystalline na istraktura, mula sa mga baso, sieves, atbp.

Upang gawing stable electret ang isang dielectric, dapat itong painitin hanggang sa melting point sa isang malakas na electrostatic field at pagkatapos ay palamig nang hindi pinapatay ang field (ang mga naturang electret ay tinatawag na thermoelectrets).

Maaari mong ilawan ang sample sa isang malakas na electric field, kaya gumagawa ng photoelectrics. O mag-irradiate na may radioactive effect — radioelectrics. Ilagay lang ito sa napakalakas na electrostatic field — makakakuha ka ng electrolectret. O sa isang magnetic field - isang magnetoelectret. Ang solidification ng isang organikong solusyon sa isang electric field ay cryoelectret.

Ang mga methanol electret ay nakuha sa pamamagitan ng mekanikal na pagpapapangit ng polimer. Sa pamamagitan ng friction - triboelectrics. Ang mga corona electret ay nasa larangan ng pagkilos ng paglabas ng corona. Ang isang matatag na singil sa ibabaw na nakamit sa electret ay nasa order na 0.00000001 C/cm2.

Ang mga electret ng iba't ibang pinagmulan ay ginagamit bilang mga mapagkukunan ng patuloy na electrostatic field sa mga sensor ng panginginig ng boses, mikropono, generator ng signal, electrometer, voltmeter, atbp. Ang mga ito ay perpektong nagsisilbing mga sensitibong elemento sa mga dosimeter, mga device ng memorya. Bilang tumututok na mga aparato sa mga filter ng gas, barometer at hygrometer. Sa partikular, ang mga photoelectret ay ginagamit sa electrophotography.