Диелектрици със специални свойства — фероелектрици и електрици

Диелектриците в обичайния смисъл на думата са вещества, които придобиват електрически момент под действието на външно електростатично поле. Сред диелектриците обаче има такива, които проявяват напълно необичайни свойства. Тези диелектрици със специални свойства включват фероелектрици и електрици. Те ще бъдат обсъдени допълнително.

Фероелектрици

Спонтанна или спонтанна поляризация на материята е открита за първи път през 1920 г. в кристалите на солта на Рошел, а по -късно и в други кристали. Въпреки това, в чест на солта Рошел, първият отворен диелектрик, проявяващ това свойство, цялата група от такива вещества започва да се нарича фероелектрици или фероелектрици. През 1930-1934 г. в Ленинградския физически отдел е проведено подробно проучване на спонтанната поляризация на диелектрици под ръководството на Игор Василиевич Курчатов.

Оказа се, че всички сегнетолектрици първоначално демонстрират изразена анизотропия на сегнетоелектрическите свойства и поляризацията може да се наблюдава само по една от кристалните оси. Изотропните диелектрици имат еднаква поляризация за всичките си молекули, докато за анизотропните вещества поляризационните вектори са различни в различни посоки. В момента са открити стотици сегнетоелектрици.

Фероелектриците се отличават със следните специални свойства. Диелектричната им константа e в определен температурен диапазон е в диапазона от 1000 до 10000 и се променя в зависимост от силата на приложеното електростатично поле, а също така се променя нелинейно. Това е проява на т. Нар. Диелектрична хистерезис, дори можете да изобразите поляризационната крива на фероелектрик — крива на хистерезис.

Кривата на хистерезис на фероелектрик е подобна на хистерезисна верига за феромагнетик в магнитно поле. Тук има точка на насищане, но също така можете да видите, че дори при липса на външно електрическо поле, когато е равно на нула, в кристала се наблюдава известна остатъчна поляризация, за да се елиминира коя ще трябва да се приложи противоположно насочена принудителна сила към пробата.

Фероелектриците също се характеризират със собствена точка на Кюри, тоест температурата, при която сегнетоелектрикът започва да губи остатъчната си поляризация, докато настъпва фазов преход от втори ред. За солта Рошел температурата на точката на Кюри е в диапазона от +18 до +24ОС.

Причината за наличието на фероелектрични свойства в диелектрик е спонтанна поляризация, произтичаща от силното взаимодействие между частиците на веществото. Веществото се стреми към минимум потенциална енергия, докато поради наличието на така наречените структурни дефекти кристалът е така или иначе разделен на области.

В резултат на това, когато няма външно електрическо поле, общият електрически импулс на кристала е нулев и когато се прилага външно електрическо поле, тези области са склонни да се ориентират по него. Фероелектриците се използват в радиотехнически устройства като вариконд — кондензатори с променлив капацитет.

Електрети

Диелектриците се наричат ​​диелектрици, които могат да поддържат поляризирано състояние за дълго време дори след изключване на външното електростатично поле, предизвикало поляризацията. Първоначално диелектричните молекули имат постоянни диполни моменти.

Но ако такъв диелектрик се стопи и след това се включи силно постоянно електростатично поле, докато се топи, значителна част от молекулите на разтопеното вещество ще бъдат ориентирани според приложеното поле.Сега разтопеното вещество трябва да се охлажда, докато се втвърди напълно, но електростатичното поле се оставя да действа, докато веществото се втвърди. Когато разтопеното вещество се охлади напълно, полето може да бъде изключено.

Въртенето на молекулите в веществото, втвърдено след тази процедура, ще бъде трудно, което означава, че молекулите ще запазят своята ориентация. Така се правят електрици, способни да поддържат поляризирано състояние от няколко дни до много години. За първи път електрет (термоелектрет) е направен по подобен начин от карнаубски восък и колофон от японския физик Йогучи, това се случи през 1922 г.

Остатъчната поляризация на диелектрика може да бъде получена чрез ориентиране на квазидиполи в кристали чрез мигриране на заредени частици към електродите или например чрез инжектиране на заредени частици от електроди или от междуелектродни пролуки в диелектрика по време на поляризация. Носителите на заряд могат да бъдат въведени в пробата изкуствено, например чрез облъчване с електронен лъч. С течение на времето степента на поляризация на електрета намалява поради процесите на релаксация и движението на носителите на заряд под действието на вътрешното електрическо поле на електрета.

По принцип всеки диелектрик може да се преобразува в състояние на електрет. Най -стабилните електрети се получават от смоли и восъци, от полимери и неорганични диелектрици с поликристална или монокристална структура, от стъкла, ситали и др.

За да се направи диелектрик стабилен електрет, той трябва да се нагрее до точката на топене в силно електростатично поле и след това да се охлади, без да се изключва полето (такива електрети се наричат ​​термоелектрети).

Можете да осветявате пробата в силно електрическо поле, така се получават фотоелектрици. Или облъчвайте с радиоактивни ефекти — радиоелектрици. Просто го поставете в много силно електростатично поле — получавате електроелектрет. Или в магнитно поле — магнитоелектрет. Втвърдяването на органичен разтвор в електрическо поле е криоелектрет.

Механолелектретите се получават чрез механична деформация на полимера. Чрез триене — трибоелектри. Коронните електрети са в полето на действие на коронния разряд. Стабилен повърхностен заряд, постигнат върху електрета, е от порядъка на 0.00000001 C / cm2.

Електретите с различен произход се използват като източници на постоянно електростатично поле във вибрационни сензори, микрофони, генератори на сигнали, електрометри, волтметри и др. Те перфектно служат като чувствителни елементи в дозиметри, устройства с памет. Като фокусиращи устройства в газови филтри, барометри и хигрометри. По -специално, фотоелектретите се използват в електрофотографията.