6. Активные диэлектрики.
Диэлектрики, которые называются активными, это диэлектрики, свойства которых очень сильно изменяются под действием различных внешних факторов (фактор – движущая сила какого–либо процесса). Эти диэлектрики используются в разных устройствах для управления энергией или для преобразования поступающей информации (в ячейках памяти, радиоэлектрических аппаратах). В связи с этим требования к активным диэлектрикам имеют обратный характер: они должны очень сильно изменять свои свойства, электрические характеристики, при даже малых внешних воздействиях. Чем больше будет отклик на внешнее воздействие, тем будет лучше такой диэлектрик выполнять свои функции.
К активным диэлектрикам относятся сегнетоэлектрики, пьезоэлектрики, электреты
Сегнетоэлектрики – это диэлектрики, обладающие спонтанной (самопроизвольной) поляризацией, направление которой можно изменить с помощью внешнего электрического поля. Это так называемая доменная поляризация, когда направление векторов спонтанной поляризованности частиц в одном домене – одно, а разных доменов – разное. При воздействии внешнего электрического поля направление векторов спонтанной поляризации разных доменов начинает меняться в направлении внешнего электрического поля, но этот процесс переориентации векторов спонтанной поляризованности идёт в нелинейной зависимости от напряжённости электрического поля. Эта зависимость электрической индукции от напряжённости внешнего электрического поля по аналогии с магнитной индукцией называется диэлектрической петлёй гистерезиса.
Диэлектрическая проницаемость таких диэлектриков может достигать сверхвысоких значений – нескольких тысяч единиц. Однако диэлектрическая проницаемость сегнетоэлектриков очень сильно зависит от температуры – обычно максимальной в некотором интервале температур и значительно меньше за пределами этого интервала. Такая сильная зависимость εr от температуры – существенный недостаток сегнетоэлектриков.
К сегнетоэлектрикам относятся сегнетова соль (эти диэлектрики названы по имени Сеньета – французского аптекаря, открывшего соль), титанат бария и сотни других веществ, обладающих разными типами химической связи, структурным строением и физическими свойствами. Из-за больших значений εr из сегнетоэлектриков изготавливают миниатюрные конденсаторы с разными электрическими свойствами, определяющими область применения.
Известны:
- тиконды – на основе титановой керамики (TiO2)
- вариконды - материалы с резковыраженными нелинейными свойствами, то есть сильной зависимостью εr от напряженности внешнего электрического поля) – изготавливают из них нелинейные конденсаторы, применяющиеся в счётно-решающих устройствах, в автоматике и радиотехнике.
Пьезоэлектрики – от греческого «давлю» - это диэлектрики, обладающие пьезоэлектрическим эффектом, то есть в результате воздействия давления или механического напряжения диэлектрик поляризуется и на его поверхности образуются электрические заряды. Эти заряды пропорциональны механическому напряжению, меняют знак вместе с ним и исчезают при его снятии. Каждый пьезоэлектрик является электромеханическим преобразователем. Используют пьезоэлектрики-монокристаллы (кварц, турмалин, сегнетова соль) и пьезоэлектрическую керамику (в основном на основе титаната бария). Применяются для электроакустических приборов, в ультразвуковой технике, в радиотехнических фильтрах, звукоснимающей и звукозаписывающей технике, в электронных датчиках давления.
Электретом называется тело из диэлектрика, длительно сохраняющее поляризацию и создающее в окружающем его пространстве электрическое поле после удаления внешнего электрического поля. Электрическое поле электрета может быть очень сильным. Различают несколько видов электретов (по способу получения):
- термоэлектреты (расплав охлаждают во внешнем электрическом поле)
- фотоэлектреты (одновременное воздействие света и электрического поля)
- короноэлектреты (в коронном разряде при пониженном давлении).
Изготавливают электреты из органических веществ (воски, сахара), неорганических (керамика) и щёлочно-галоидных кристаллов.
Электреты могут хранить электрическое поле годами, по быстро теряют свойства при повышении температуры и влажности.
Электреты – это источники постоянного электрического поля, используются в различных приборах: в электрофотографии, электретных микрофонах и телефонах, в элементах электронной памяти и др. Электреты могут быть получены практически из всех известных диэлектриков.
Пироэлектрики – у них меняется величина спонтанной поляризованности при изменении температуры. В отличие от сегнетоэлектриков направления их спонтанной поляризации нельзя изменить внешним электрическим полем. При изменении температуры спонтанная поляризованность меняется, и в электрической цепи появляется ток. Используются в тепловых датчиках.
Ряд сегнетоэлектриков обладает электрооптическим эффектом – у них под действием внешнего электрического поля меняется показатель преломления среды, что используется в лазерах [оптических квантовых генераторах – источниках оптического (когерентного) излучения с определённой длиной волны, с высокой степенью направленности] для модуляции (изменения) лазерного излучения. Кроме того, сегнетоэлектрики применяются для создания рабочего тела лазеров – ОКГ, излучающих свет неменяющейся длины волны. Конечно, это разные материалы.
Сегнетоэлектриков очень много, они обладают разнообразнейшими свойствами, благодаря чему их применение чрезвычайно разнообразно в современной технике.
