Dielektriki s posebnimi lastnostmi — feroelektriki in elektriki

Dielektriki v običajnem pomenu besede so snovi, ki pridobijo električni moment pod vplivom zunanjega elektrostatičnega polja. Med dielektriki pa so taki, ki izkazujejo povsem nenavadne lastnosti. Ti dielektriki s posebnimi lastnostmi vključujejo feroelektrike in dielektrike. O njih bomo še razpravljali.

Feroelektriki

Spontano ali spontano polarizacijo snovi so prvič odkrili leta 1920 v kristalih Rochelle soli in kasneje še v drugih kristalih. Vendar pa so v čast Rochelle soli, prvega odprtega dielektrika s to lastnostjo, celotno skupino takšnih snovi začeli imenovati feroelektriki ali feroelektriki. V letih 1930-1934 je bila na oddelku za fiziko v Leningradu pod vodstvom Igorja Vasiljeviča Kurčatova izvedena podrobna študija spontane polarizacije dielektrikov.

Izkazalo se je, da vsi feroelektriki na začetku izkazujejo izrazito anizotropijo feroelektričnih lastnosti, polarizacijo pa lahko opazimo le vzdolž ene od kristalnih osi.Izotropni dielektriki imajo enako polarizacijo za vse svoje molekule, medtem ko so pri anizotropnih snoveh polarizacijski vektorji v različnih smereh različni. Trenutno je odkritih na stotine feroelektrikov.

Feroelektrike odlikujejo naslednje posebne lastnosti. Njihova dielektrična konstanta e je v določenem temperaturnem območju v območju od 1000 do 10000 in se spreminja glede na jakost uporabljenega elektrostatičnega polja ter se spreminja tudi nelinearno. To je manifestacija tako imenovanega Dielektrična histereza, lahko celo narišete polarizacijsko krivuljo feroelektrika - histerezno krivuljo.

Histerezna krivulja feroelektrika je podobna histerezni zanki za feromagnet v magnetnem polju. Tukaj je točka nasičenja, lahko pa tudi vidite, da je tudi v odsotnosti zunanjega električnega polja, ko je enako nič, v kristalu opaziti nekaj preostale polarizacije, da se odpravi nasprotno usmerjena prisilna sila naneseno na vzorec.

Za feroelektrike je značilna tudi intrinzična Curiejeva točka, to je temperatura, pri kateri začne feroelektrik izgubljati svojo preostalo polarizacijo, ko pride do faznega prehoda drugega reda. Za sol Rochelle je temperatura Curiejeve točke v območju od +18 do +24 °C.

Vzrok za prisotnost feroelektričnih lastnosti v dielektriku je spontana polarizacija, ki je posledica močne interakcije med delci snovi. Snov stremi k minimalni potencialni energiji, medtem ko je zaradi prisotnosti tako imenovanih strukturnih napak kristal vseeno razdeljen na področja.

Posledično je, ko ni zunanjega električnega polja, skupni električni moment kristala enak nič, in ko je uporabljeno zunanje električno polje, se te regije usmerijo vzdolž njega. Feroelektriki se uporabljajo v radijskih tehničnih napravah, kot so variconds - kondenzatorji s spremenljivo kapacitivnostjo.

Elektreti

Dielektriki se imenujejo dielektriki, ki lahko dolgo časa ohranijo polarizirano stanje tudi po izklopu zunanjega elektrostatičnega polja, ki je povzročilo polarizacijo. Sprva imajo dielektrične molekule konstantne dipolne momente.

Toda če takšen dielektrik stopimo in nato med taljenjem uporabimo močno trajno elektrostatično polje, bo velik del molekul staljene snovi usmerjen glede na uporabljeno polje. Zdaj je treba staljeno snov ohladiti, dokler se popolnoma ne strdi , vendar je dovoljeno delovati elektrostatičnemu polju, dokler se snov ne strdi. Ko se staljena snov popolnoma ohladi, lahko polje izključimo.

Vrtenje molekul v snovi, strjeni po tem postopku, bo oteženo, kar pomeni, da bodo molekule ohranile svojo orientacijo. Tako so narejeni električarji, ki so sposobni vzdrževati polarizirano stanje od nekaj dni do več let. Prvič je elektret (termoelektret) na podoben način iz karnauba voska in kolofonije izdelal japonski fizik Yoguchi, to se je zgodilo leta 1922.

Preostalo polarizacijo dielektrika lahko dosežemo z orientacijo kvazidipolov v kristalih s selitvijo nabitih delcev na elektrode ali na primer z vbrizgavanjem nabitih delcev iz elektrod ali iz medelektrodnih rež v dielektrik med polarizacijo. Nosilce naboja lahko v vzorec vnesemo umetno, na primer z obsevanjem z elektronskim žarkom. Sčasoma se stopnja polarizacije elektreta zmanjša zaradi relaksacijskih procesov in gibanja nosilcev naboja pod vplivom notranjega električnega polja elektreta.

Načeloma lahko vsak dielektrik pretvorimo v elektretno stanje. Najstabilnejši elektreti so pridobljeni iz smol in voskov, iz polimerov in anorganskih dielektrikov s polikristalno ali monokristalno strukturo, iz stekel, sit itd.

Da bi dielektrik postal stabilen elektret, ga je treba v močnem elektrostatičnem polju segreti do tališča in nato ohladiti, ne da bi izklopili polje (takšni elektreti se imenujejo termoelektreti).

Vzorec lahko osvetlite v močnem električnem polju in tako ustvarite fotoelektrike. Ali obsevajte z radioaktivnimi učinki - radioelektriki. Samo postavite ga v zelo močno elektrostatično polje — dobite elektrolektret. Ali v magnetnem polju — magnetoelektret. Strjevanje organske raztopine v električnem polju je krioelektret.

Metanolni elektreti so pridobljeni z mehansko deformacijo polimera. Skozi trenje - triboelektriki. Koronski elektreti so v polju delovanja koronske razelektritve. Stabilen površinski naboj, dosežen na elektretu, je reda velikosti 0,00000001 C/cm2.

Elektreti različnih izvorov se uporabljajo kot viri konstantnega elektrostatičnega polja v vibracijskih senzorjih, mikrofonih, generatorjih signalov, elektrometrih, voltmetrih itd. Popolnoma služijo kot občutljivi elementi v dozimetrih, pomnilniških napravah. Kot naprave za fokusiranje v plinskih filtrih, barometrih in higrometrih. Zlasti fotoelektreti se uporabljajo v elektrofotografiji.