Активные диэлектрики

Диэлектрики, предназначенные для создания функциональных элементов электроники, свойствами которых можно управлять с помощью внешних энергетических воздействий, относятся к группе активных диэлектриков.

К числу активных диэлектриков относятся сегнето-, пьезо- и пироэлектрики; электро-, магнито и акустооптические материалы; диэлектрические кристаллы с нелинейными оптическими свойствами и др.

Сегнетоэлектрики - вещества, обладающие спонтанной поляризацией, направление которой может быть изменено с помощью внешнего электрического поля. Сегнетоэлектрики обладают рядом специфических свойств, которые проявляются лишь в определенном диапазоне температур.

Следствием доменного строения сегнетоэлектриков является нелинейная зависимость их электрической индукции от напряженности электрического поля, показанная на рисунке, которая носит название диэлектрической петли гистерезиса и резко выраженная температурная зависимость , в которой максимум достигается при температуре Кюри.

В настоящее время известно несколько сотен сегнетоэлектриков, которые по типу химической связи и физическим свойствам принято подразделять на две основные группы:

• ионные кристаллы, к которым относятся титанат бария (BaTiO₃), титанат свинца (PbTiO₃), ниобат калия (KNbO₃), барий-натриевый ниобат (BaNaNb₅O₁₅) или сокращенно БАНАН и др.;
• дипольные кристаллы, к которым относятся сегнетова соль (NaKC₄H₄O₆^.4H₂O), триглицинсульфат (NH₂CH₂COOH₃^.H₂SO₄), дигидрофосфат калия (KH₂PO₄) и др.

Сегнетоэлектрики находят применение для изготовления малогабаритных низкочастотных конденсаторов с большой удельной емкостью, материалов с большой нелинейностью поляризации для диэлектрических усилителей, модуляторов и др. управляемых устройств, для модуляции и преобразования лазерного излучения, в акусто- и пьезоэлектрических преобразователях.

Электрооптические свойства сегнетоэлектрических кристаллов используют для модуляции изменением электрического поля прикладываемого к кристаллу, осуществляемого электрическим полем, приложенным к кристаллу. Посмотрите, как изменяется от температуры для некоторых конденсаторных сегнетоэлектрических материалов. Отметим, что все сегнетоэлектрики обладают пьезоэлектрическим эффектом, однако обратное не справедливо.

Пьезоэлектрики - это вещества с сильно выраженным пьезоэлектрическим эффектом. Прямым пьезоэлектрическим эффектом называют явление поляризации диэлектрика под действием механических напряжений. При обратном пьезоэффекте происходит изменение размеров диэлектрика под действием приложенного электрического поля.

В различных пьезопреобразователях используют кристаллы кварца, сульфата лития, сегнетовой соли, ниобата и танталата лития. Широко применяется для изготовления пьезопреобразователей пьезоэлектрическая керамика, изготовляемая в основном на основе твердых растворов цирконата-титоната свинца (сокращенно ЦТС).

К активным диэлектрикам относятся пироэлектрики, то-есть диэлектрики, обладающие пироэлектрическим эффектом. Пироэлектрический эффект состоит в изменении спонтанной поляризованности диэлектриков при изменении температуры. К типичным линейным пироэлектрикам относятся турмалин и сульфит лития. Пироэлектрики спонтанно поляризованы, но, в отличие от сегнетоэлектриков, направление их поляризации не может быть изменено электрическим полем. Пироэффект используется для создания тепловых датчиков и приемников лучистой энергии, предназначенных, в частности, для регистрации инфракрасного и СВЧ-излучения. Значительным пироэффектом обладают некоторые сегнетоэлектрические кристаллы, к числу которых относятся ниобат бария стронция, триглицинсульфат - ТГС, ниобат и танталат лития.