Dielektrikk med spesielle egenskaper - ferroelektrisk og elektrisk

Dielektriske stoffer i vanlig betydning av ordet er stoffer som får et elektrisk øyeblikk under påvirkning av et eksternt elektrostatisk felt. Blant dielektrika er det imidlertid de som viser helt uvanlige egenskaper. Disse dielektrika med spesielle egenskaper inkluderer ferroelektriske og dielektriske. Disse vil bli diskutert videre.

Ferroelektrikk

Spontan eller spontan polarisering av materie ble først oppdaget i 1920 i Rochelle saltkrystaller og senere i andre krystaller. Imidlertid, til ære for Rochelle salt, det første åpne dielektrikumet som viste denne egenskapen, begynte hele gruppen av slike stoffer å bli kalt ferroelektriske eller ferroelektriske. I 1930-1934 ble en detaljert studie av spontan polarisering av dielektrikum utført ved Leningrad fysikkavdeling under ledelse av Igor Vasilievich Kurchatov.

Det viste seg at all ferroelektrikk i utgangspunktet demonstrerer en uttalt anisotropi av ferroelektriske egenskaper, og polarisering kan observeres langs bare en av krystallaksene.Isotropiske dielektrika har samme polarisering for alle molekylene, mens for anisotrope stoffer er polarisasjonsvektorene forskjellige i forskjellige retninger. For tiden har hundrevis av ferroelektriske stoffer blitt oppdaget.

Ferroelektrikk utmerker seg ved følgende spesielle egenskaper. Deres dielektriske konstant e i et visst temperaturområde er i området 1000 til 10000 og endres avhengig av styrken til det påførte elektrostatiske feltet og endres også ikke-lineært. Dette er en manifestasjon av den såkalte Dielektrisk hysterese, du kan til og med plotte polarisasjonskurven til et ferroelektrisk - en hysteresekurve.

Hysteresekurven til en ferroelektrisk er lik en hystereseløkke for en ferromagnet i et magnetfelt. Det er et metningspunkt her, men du kan også se at selv i fravær av et eksternt elektrisk felt, når det er lik null, observeres noe gjenværende polarisering i krystallen for å eliminere hvilken en motsatt rettet tvangskraft må være. brukt på prøven.

Ferroelektrikk er også preget av et iboende Curie-punkt, det vil si temperaturen der ferroelektrikken begynner å miste sin gjenværende polarisering når en andreordens faseovergang oppstår. For Rochelle-salt er Curie-punkttemperaturen i området +18 til +24ºC.

Årsaken til tilstedeværelsen av ferroelektriske egenskaper i et dielektrikum er spontan polarisering som følge av den sterke interaksjonen mellom partiklene i stoffet. Stoffet streber etter et minimum av potensiell energi, mens på grunn av tilstedeværelsen av såkalte strukturelle defekter, er krystallen uansett delt inn i regioner.

Som et resultat, når det ikke er noe eksternt elektrisk felt, er den totale elektriske impulsen til krystallen null, og når et eksternt elektrisk felt påføres, har disse områdene en tendens til å orientere seg langs den. Ferroelektrikk brukes i radiotekniske enheter som varikoner - kondensatorer med variabel kapasitans.

Elektreter

Dielektriske stoffer kalles dielektrika som kan opprettholde en polarisert tilstand i lang tid selv etter at det eksterne elektrostatiske feltet som forårsaket polarisasjonen er slått av. Til å begynne med har dielektriske molekyler konstante dipolmomenter.

Men hvis et slikt dielektrikum smeltes og så påføres et sterkt permanent elektrostatisk felt mens det smelter, vil en betydelig brøkdel av molekylene til det smeltede stoffet bli orientert i henhold til det påførte feltet.Nå må smeltet avkjøles til det stivner helt , men det elektrostatiske feltet får virke til stoffet stivner. Når det smeltede stoffet er helt avkjølt, kan feltet slås av.

Rotasjonen av molekylene i stoffet størknet etter denne prosedyren vil være vanskelig, noe som betyr at molekylene vil beholde sin orientering. Dette er hvordan elektrikere er laget, i stand til å opprettholde en polarisert tilstand fra noen få dager til mange år. For første gang ble elektret (termoelektret) laget på lignende måte av karnaubavoks og kolofonium av den japanske fysikeren Yoguchi, dette skjedde i 1922.

Restpolarisering av dielektrikumet kan oppnås ved å orientere kvasi-dipoler i krystaller ved å migrere ladede partikler til elektrodene eller for eksempel ved å injisere ladede partikler fra elektroder eller fra mellomelektrodegap inn i dielektrikumet under polarisering. Ladningsbærere kan innføres i prøven kunstig, for eksempel ved elektronstrålebestråling. Over tid avtar graden av polarisering av elektreten på grunn av avspenningsprosesser og bevegelsen av ladningsbærere under påvirkning av det indre elektriske feltet til elektreten.

I prinsippet kan ethvert dielektrikum konverteres til en elektrettilstand. De mest stabile elektretene er hentet fra harpikser og voksarter, fra polymerer og uorganiske dielektrika med en polykrystallinsk eller monokrystallinsk struktur, fra glass, sikter, etc.

For å gjøre et dielektrikum til en stabil elektret, må det varmes opp til smeltepunktet i et sterkt elektrostatisk felt og deretter avkjøles uten å slå av feltet (slike elektreter kalles termoelektreter).

Du kan belyse prøven i et sterkt elektrisk felt, og dermed produsere fotoelektriske stoffer. Eller bestråle med radioaktive effekter - radioelektrisk. Bare legg den i et veldig sterkt elektrostatisk felt - du får et elektroelektret. Eller i et magnetfelt - en magnetoelektret. Størkningen av en organisk løsning i et elektrisk felt er kryoelektret.

Metanolelektreter oppnås ved mekanisk deformasjon av polymeren. Gjennom friksjon - triboelektrikk. Corona-elektreter er i aksjonsfeltet til koronautladningen. En stabil overflateladning oppnådd på elektreten er i størrelsesorden 0,00000001 C/cm2.

Elektreter av forskjellig opprinnelse brukes som kilder til konstant elektrostatisk felt i vibrasjonssensorer, mikrofoner, signalgeneratorer, elektrometre, voltmetre, etc. De fungerer perfekt som sensitive elementer i dosimetre, minneenheter. Som fokuseringsenheter i gassfiltre, barometre og hygrometre. Spesielt brukes fotoelektreter i elektrofotografering.