Özel özelliklere sahip dielektrikler - ferroelektrikler ve elektrikler

Dielektrikler, kelimenin genel anlamıyla, harici bir elektrostatik alanın etkisi altında bir elektrik momenti elde eden maddelerdir. Bununla birlikte, dielektrikler arasında tamamen alışılmadık özellikler sergileyenler de vardır. Özel özelliklere sahip bu dielektrikler arasında ferroelektrikler ve dielektrikler bulunur. Bunlar daha fazla tartışılacaktır.

Ferroelektrikler

Maddenin kendiliğinden veya kendiliğinden kutuplaşması ilk olarak 1920'de Rochelle tuz kristallerinde ve daha sonra diğer kristallerde keşfedildi. Bununla birlikte, bu özelliği sergileyen ilk açık dielektrik olan Rochelle tuzunun onuruna, bu tür maddelerin tüm grubuna ferroelektrikler veya ferroelektrikler denilmeye başlandı. 1930-1934'te Leningrad Fizik Bölümü'nde Igor Vasilievich Kurchatov'un önderliğinde dielektriklerin kendiliğinden kutuplaşması üzerine ayrıntılı bir çalışma yapıldı.

Tüm ferroelektriklerin başlangıçta ferroelektrik özelliklerin belirgin bir anizotropisi gösterdiği ve kristal eksenlerinden yalnızca biri boyunca polarizasyonun gözlemlenebildiği ortaya çıktı.İzotropik dielektrikler tüm molekülleri için aynı polarizasyona sahipken, anizotropik maddeler için polarizasyon vektörleri farklı yönlerde farklıdır. Şu anda yüzlerce ferroelektrik keşfedildi.

Ferroelektrikler aşağıdaki özel özelliklerle ayırt edilir. Belirli bir sıcaklık aralığında dielektrik sabitleri e, 1000 ile 10000 aralığındadır ve uygulanan elektrostatik alanın gücüne bağlı olarak değişir ve ayrıca doğrusal olmayan bir şekilde değişir. Bu sözde tezahürüdür Dielektrik histerezis, hatta bir ferroelektriğin polarizasyon eğrisini çizebilirsiniz - bir histerezis eğrisi.

Bir ferroelektriğin histerezis eğrisi, manyetik alandaki bir ferromanyetin histerezis döngüsüne benzer. Burada bir doygunluk noktası vardır, ancak aynı zamanda, sıfıra eşit olduğunda, harici bir elektrik alanın yokluğunda bile, zıt yönlü bir zorlayıcı kuvvetin olması gerekeni ortadan kaldırmak için kristalde bir miktar kalıntı polarizasyonun gözlendiğini görebilirsiniz. numuneye uygulanır.

Ferroelektrikler ayrıca içsel bir Curie noktasıyla, yani ferroelektriğin ikinci dereceden bir faz geçişi meydana geldiğinde artık polarizasyonunu kaybetmeye başladığı sıcaklıkla da karakterize edilir. Rochelle tuzu için Curie noktası sıcaklığı +18 ila +24ºC aralığındadır.

Bir dielektrikte ferroelektrik özelliklerin bulunmasının nedeni, maddenin tanecikleri arasındaki güçlü etkileşimden kaynaklanan kendiliğinden polarizasyondur. Madde, minimum potansiyel enerji için çabalarken, sözde yapısal kusurların varlığından dolayı, kristal yine de bölgelere ayrılmıştır.

Sonuç olarak, herhangi bir dış elektrik alan olmadığında, kristalin toplam elektrik momentumu sıfırdır ve bir dış elektrik alan uygulandığında, bu bölgeler kendilerini kristal boyunca yönlendirme eğilimindedir. Ferroelektrikler, değişken kapasitanslı kapasitörler olan varikondlar gibi radyo mühendisliği cihazlarında kullanılır.

elektretler

Dielektrikler, polarizasyona neden olan harici elektrostatik alan kapatıldıktan sonra bile polarize durumunu uzun süre koruyabilen dielektrikler olarak adlandırılır. Başlangıçta, dielektrik moleküller sabit dipol momentlerine sahiptir.

Ancak böyle bir dielektrik eritilir ve ardından erirken güçlü bir kalıcı elektrostatik alan uygulanırsa, erimiş maddenin moleküllerinin önemli bir kısmı uygulanan alana göre yönlendirilecektir.Şimdi erimiş madde tamamen katılaşana kadar soğutulmalıdır. , ancak elektrostatik alanın madde sertleşene kadar hareket etmesine izin verilir. Erimiş madde tamamen soğuduğunda alan kapatılabilir.

Bu işlemden sonra katılaşan maddedeki moleküllerin dönüşü zor olacaktır, bu da moleküllerin yönelimlerini koruyacakları anlamına gelir. Birkaç günden uzun yıllara kadar kutuplaşmış bir durumu koruyabilen elektrikçiler bu şekilde yapılır. İlk kez Japon fizikçi Yoguchi tarafından karnauba mumu ve reçineden elektret (termoelektret) benzer şekilde yapıldı, bu 1922'de oldu.

Dielektriğin kalıntı polarizasyonu, yüklü parçacıkları elektrotlara geçirerek kristallerdeki yarı-dipolleri yönlendirerek veya örneğin polarizasyon sırasında elektrotlardan veya elektrotlar arası boşluklardan dielektrik içine yüklü parçacıkları enjekte ederek elde edilebilir. Yük taşıyıcılar, numuneye yapay olarak, örneğin elektron ışını ışınlaması yoluyla sokulabilir. Zamanla, gevşeme süreçleri ve elektretin iç elektrik alanının etkisi altındaki yük taşıyıcıların hareketi nedeniyle elektretin polarizasyon derecesi azalır.

Prensip olarak, herhangi bir dielektrik bir elektret durumuna dönüştürülebilir. En kararlı elektretler, reçinelerden ve mumlardan, polimerlerden ve polikristal veya monokristal yapıya sahip inorganik dielektriklerden, camlardan, eleklerden vb. elde edilir.

Bir dielektrik kararlı bir elektret yapmak için, güçlü bir elektrostatik alanda erime noktasına kadar ısıtılmalı ve ardından alan kapatılmadan soğutulmalıdır (bu tür elektretlere termoelektrik denir).

Numuneyi güçlü bir elektrik alanında aydınlatarak fotoelektrik üretebilirsiniz. Veya radyoaktif etkilerle ışınlayın - radyoelektrikler. Sadece çok güçlü bir elektrostatik alana koyun - bir elektrolektret elde edersiniz. Veya bir manyetik alanda — bir manyetoelektret. Organik bir çözeltinin elektrik alanında katılaşmasına kriyoelektrik denir.

Metanol elektretleri, polimerin mekanik deformasyonu ile elde edilir. Sürtünme yoluyla - triboelektrikler. Korona elektretleri, korona deşarjının etki alanındadır. Elektret üzerinde elde edilen kararlı bir yüzey yükü 0,00000001 C/cm2 mertebesindedir.

Çeşitli kaynaklardan elektretler, titreşim sensörlerinde, mikrofonlarda, sinyal üreteçlerinde, elektrometrelerde, voltmetrelerde vb. sabit elektrostatik alan kaynakları olarak kullanılır. Dozimetrelerde, hafıza cihazlarında hassas unsurlar olarak mükemmel bir şekilde hizmet ederler. Gaz filtrelerinde, barometrelerde ve higrometrelerde odaklama cihazları olarak. Elektrofotografide özellikle fotoelektrikler kullanılır.