Pyroelectrics - fizikai enciklopédia
B.Piroelektromos - kristályos. Dielektrikumra a föld-ryh változó ütemben T-ry Elektromos merülnek fel. díjakat. Az advent a villamos. kapcsolatos díjakat a változás a spontán polarizáció.
Történelmi háttér. Az elején. 18. Európában importált turmalin kristályok ( „Ceylon mágnes”), azzal a tulajdonsággal, amikor melegítjük, hogy egy erőt a hamu szemcsékké. F. W. T. Aepinus (. F. U. Th Aepinus, 1756) létrehozott az oka - a kialakulását kristály végein a fűtött díjak ellenkező előjelű. A "Pyro" vezette be D. Brewster (D. Brewster, 1824). Kelvin (William Thomson, Lord Kelvin) kötött piroelektrich. hatására megváltozik a villamos. polarizációs változó T. Ackermann (W. Ackermann, 1915) vizsgálta a piroelektromos hatást számos kristályok számos T és találtak egy olyan tendencia, hogy csökken piroelektrich. hatás csökkenő T. Első mikroszkopikus. elfogadott elmélet SA Boguslavsky (1915). Ezt követően megállapítást nyert, hogy ferroelectrics hatás nagyságrendje igen magas, közel a fázis átmeneti pont.
A spontán polarizáció P0 létezhet csak kellően alacsony kristályszimmetriában. Függő T spontán polarizáció, azaz, csak P. kristályokat egy-ryh egy poláros irányba, amely nem változtatja meg az összes szimmetria-transzformációk (poláros dielektrikumok): .. Nem található mentén ebben az irányban vektor P0. Így poláros irányba kristályok 10 van pont szimmetria csoportok. 1, 2, 3, 4, 6, CT2 m. Sm. 4mm. 6tt (ábra. 1). Az 1. csoportban és így végtelen sok irány és az F0 nincs előre meghatározva. A többi csoportban, ez a szimmetria tengelye.
Ábra. 1. Lehetséges-csoportot szimmetria pirozlektrikov mutatja a szimmetria tengelye a kristályok.
A spontán polarizáció manifesztálódik, mint kötött töltés azokon a helyeken, kristály, ahol F0 függ a koordinátákat:
- térfogatsűrűsége kötött töltés. Így. a felületen a P. előfordul kapcsolódó felszíni töltéssűrűsége a to-cerned egy normális összetevője P0. Ebben az esetben a belső kristály, és ezen kívül van elektromos. mező E0. Egy végtelen lemezt, merőlegesen vágott P0.
Általában a területen, és a teljes energia E0 P. függ annak alakját.
A valós IP mezőbe E0 belül és kívül 0 (P0 bár maradványai). Reason - vezetőképesség - szabad töltések mozog a felületek, semlegesítjük járó díjat. Ezért piroelektrich. tulajdonságok figyelhető csak kellően gyors ütemű változás a kristály-ry.
Tulajdonságok P. Ur összekötő változás P0 és a T formája van: ahol - piroelektrich. együtthatók. to- tekinthető komponensei a vektor
. P. Minden szimmetria osztály, kivéve az egyik, és így a vektor mentén irányul szimmetriatengely a paradicsom az egyik koordináta-tengely (Z), azaz, a csoportban T vektorba síkjában fekszik szimmetria: .. Az a csoport tekintetében 1 napravlenieproizvolno
tengely:
Piroelektrich. együtthatók. Attól függ, hogy a mechanikus. feltételek: a minta lehet egy „szabad” (mechanikai igénybevételnek nincs jelen.) vagy a „csípve”, amikor a külső mechanikai. napryazheniyaobespechivayut nem mechanikusan. uij törzs. következtében fellépő hőtágulás, amikor a változó T. egyidejűleg. Változás T, E termodinamikai. potenciális F kristály (ha post. mechanikusan. feszültség) változik az összeg
Így. piroelektrich. együtthatók. határozza meg a változást az entrópia a kristály hatása alatt elektromos. mező:
Ez azt jelenti, hogy a sebesség-pa AP állapotban adiabatikus. szigetelés, alkalmazásának hatására elektromos. mező mentén a sarki tengely változik mennyiségben
ahol a C - a hőkapacitása a kristály állandó mechanikai. feszültség és elektromos. mező (electrocaloric hatás). Megváltoztatása T lineáris P. c = 10 -4 C / m 2 x K és C = 10 3 J / kg x K mezők E
10 6 V / m nagyságrendű 10 -4 K, ferroelectrics 1-10 -2 K.
Minden PA-pezoelektrikami. így változik a sebesség-ry „szabad” kristály, ami a hőtágulás vagy összehúzódás (deformáció) ok Elektromos hozzá. polarizáció:
Itt eij k - tenzor a harmadik helyezés piezoelektromos. modulok, ajk - tényező tenzor alkatrészeket. hőtágulás, és a teljes polarizációs
Ahol - együttható. Az "elsődleges" - "másodlagos" piroelektrich. hatást. A december közötti arány kristályok tág határok között változhat: a másodlagos hatása meghaladhatja az elsődleges, stb van egy jel, stb „tercier” piroelektrich .... a hatás tulajdonítható változás P egyenetlenül fűtött piezoelektromos.
Mikroszkopikus elmélet P. lehetővé teszi, hogy megtudja, a természet piroelektrich. hatása és írja le a tulajdonságait AP alapul véve a anharmonicity a rácsrezgések. Hőmérsékletfüggése piroelektrich. együtthatók. az alacsony arány p kielégítően által leírt kapcsolatban
Itt - jellemző. tempo-ry Debye és Einstein, D és E - Fct Debye és Einstein, - állandó együtthatók. (Lásd. A Debye hőmérséklet, Einstein hőmérséklet].
Kísérleti módszerek. A mérésekhez szükséges, hogy meghatározzuk, mennyi töltés előforduló a kristály felületén orientáció és egy bizonyos alakváltozó T. Ezt általában használt síkkal párhuzamos lemez vágott merőleges a sarki tengely a kristály. Nagy minta felület borítja végző elektródok. Változás sze tempo-ry kristály az összeget ad okot, hogy a töltést a elektródák kapcsolódó (S - területe elektróda), és a potenciális különbség (C - a minta kapacitás).
Méréséhez a kondenzátor töltési egy mintát termosztátba helyezzük (ábra. 2), az arány-pa-cerned változhat. Amikor a piroelektrich. A töltés potenciális A pont változik, a töltés úgy mérhető egy elektrométer E.
Ábra. 2. A statikus módszer meghatározására piroelem együttható.
Tipikusan egy elektrométer használunk, mint a nulla mutató, és a meghatározott felelős ellenkező előjelű, egyenlő a legnagyobb piroelektromos (kompenzáció. Circuit, amely egy a B akkumulátor, a P potenciométer és C kondenzátort, a kapcsoló Pr, arra szolgál, hogy módosítsa a jele felelős a kondenzátor). A töltés Q kondenzátor úgy van megválasztva, hogy a potenciális A pont egyenlő 0. Ebben az esetben a Q = Qpiro. Az al. Módszer piroelektrich mért. I. áram kapacitás lemezek között a külső. lánc folyamatos cseréjével a minta T (ábra. 3). Egy adott változás mértéke Tempra dT / dt határozzuk meg Ri Re:
Ábra. 3. Mérési piroelem együttható „aktuális” módban.
B.Piroelektromos anyagok és azok gyakorlati alkalmazásáról. Tipikus AP vannak turmalin, Li2 SO4 x H2 O. P. között speciális helyet foglalnak el a ferro-elektromos, egy hőmérséklet-régió ryh-poláris fázis korlátozott: növekvő T spontán polarizáció csökken, és eltűnik az átmeneti ponton Tc. közel Tc
és értéket érhet el végtelenül nagy.
Gyakorlati. P. fontos célokat a k-ryh fenntartja a magas értéket kellően tág intervallumban T. Számos ferroelektromos kielégíti ezt a feltételt; DOS. zavarja az alkalmazás - depolarizáció bomlása miatt a kristályokat domének. Használt december tartósítási eljárásokkal egyetlen domén állapotban kristályos bevezetését a növekvő kristály szennyeződések elektromos besugárzás. területen; kristályok magas Tc - hűtés amikor az áthalad egy elektromos Tc. mezőben. Bevezetésével a szennyeződések és besugárzás ferroelectrics előfordulhat ext. mező eléri 10 6 V / m. Amellett, hogy stabilizáló a monodoménszerkezetű állapotának ezeken a területeken vezet „elkenődött” fázisátmeneti, a régióban, ahol a TV rendellenesen magas értékeket, bővülő. Piroelektrnch. tulajdonságok kerámia. ferroelectrics, polarizált villamos. mező és nek- polimerek (lapon.).
B.Piroelektromos tulajdonságai bizonyos anyagok T = 300 K
Cl x 10 -8 cm -2 K -1
PA használunk termoelektromos. átalakítók. A kulcs niroelektrich. lemez fém blokk. elektródák tüntetve a szelet merőleges a sarki tengellyel. A bejáratnál - a sugárzó energia fluxus, változó tempóban Mr. P. aljzatba - elektromos. díjat vagy feszültség. Előnyök piroelektrich. Átalakító - széles sugárzási frekvenciák kimutatható. magas érzékenység, sebesség, munkaképesség T
300 K Piroelektrich. vevők használják detektorok kis teljesítményű infravörös sugárzás; detektorok alakja és a teljesítmény a rövid (10 -5 - 10 -11) a sugárimpulzusok; érzés. Érzékelők a spektrométer és radiometriai; pyrométerek.
Ábra. 4. Az áramkör piroelektromos vidicon 1 - piroelektromos célt; 2 - elektronsugár; 3 - a katód; 4 - gyorsuló anód; 5 - ablakot; 6 - Net-sokrétűek 7 - fókuszálás és eltérítő tekercs.
Különösen ígéretes alkalmazásuk megjelenítésére térbeli eloszlását a sugárzás, t. H. Az képalkotó rendszerek, infravörös képalkotó. Piroelektrich létre. vidicons - hővezető cső televízió piroelektrich. cél (ábra. 4). Az ext. oldalán keresztül ablakon 5 ra a cél 1, mint egy vékony (10-100 mikron) piroelektrich. lemezek (átm. 1820mm) vetített kép a tárgy; ext. oldala nézzen az olvasó 2. Az elektronsugár létrehoz egy objektumot képet a megcélzott hőmérséklet és a megfelelő töltést és lehetséges csökkentése. Ez a mentesítés szabályozza a folyó áram az áramkörben terhelési ellenállás beolvasásával a célt elektronsugár. Által generált feszültség az aktuális szabályozza a fényerőt a fény, a felvételt a TV monitor.
Lit.: J. Nye. Fizikai tulajdonságai Crystals, Acad. az angol. 2nd ed. M. 1967 Zheludev I. Fizika kristályos dielektrikumok. M. 1968 Novik VK Gavrilova ND Feldman NB piroelektromos átalakítók, M. 1979 Kremenchug LS Roitsin OV piroelektromos vevőkészülékek, K. 1982.