СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКИ

Материал из Юнциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Сегнетоэлектриками называют кристаллические вещества, обладающие рядом необычных диэлектрических свойств, и в первую очередь способностью к самопроизвольной электрической поляризации, которая может возникать даже в отсутствие внешнего поля. Впервые эти свойства были обнаружены советскими физиками И. В. Курчатовым и П. П. Кобеко при исследовании кристаллов сегнетовой соли (NaKC4H4O6•4H2O) — отсюда и возникло название для этого класса диэлектриков. В дальнейшем оказалось, что подобными свойствами обладают и некоторые другие кристаллы, — например титанат бария, танталат лития, ди-гидрофосфат калия. Сегнетоэлектрики характеризуются анизотропией своих диэлектрических свойств (их неодинаковостью по различным направлениям внутри этих веществ). Так, если электрическое поле приложено вдоль определенных кристаллических осей, то диэлектрическая постоянная е в некоторой области температур начинает сильно зависеть от напряженности поля и достигает огромных значений ε~10 000. Кроме того, величина е зависит от предшествующего состояния диэлектрика. Температура, ограничивающая область сегнетоэлектрических свойств диэлектрика, называется точкой Кюри. При более высоких температурах сегнетоэлектрические свойства веществ исчезают. У некоторых сегнетоэлектриков их необычные свойства ограничены по температуре и сверху, и снизу — есть две точки Кюри.

В чем же причина сегнетоэлектрических свойств диэлектриков? Оказывается, кристаллическая структура сегнетоэлектриков такова, что взаимодействие входящих в их кристаллы молекул приводит к упорядоченной ориентации их дипольных (см. Диполь) электрических моментов, и происходит, как говорят, самопроизвольная поляризация диэлектрика. Это и есть основное свойство, отличающее сег-нетоэлектрики от других диэлектриков. В кристалле самопроизвольно возникают малые области с одинаковым направлением дипольных моментов. Их называют доменами. Дипольные моменты отдельных доменов ориентированы случайным образом так, что результирующий момент всего кристалла равен нулю. Только под действием внешнего электрического поля E электрические дипольные моменты доменов устанавливаются в одном направлении по вектору E. В целом поведение сегнетоэлектриков в электрическом поле сходно с поведением ферромагнетиков в магнитном (см. Магнетизм). По этой причине иногда сегнетоэлектрики называют ферроэлектриками.

Сегнетоэлектрики имеют важное практическое применение. Емкость конденсатора пропорциональна ε диэлектрика, помещенного между его обкладками. Поэтому, используя диэлектрик с большой диэлектрической проницаемостью ε, можно построить малогабаритные конденсаторы большой емкости. Однако сегнетова соль для этой цели не подходит: высокое значение ε у нее сохраняется в интервале температур от -18° до 24° С. Конденсаторы же должны работать в гораздо более широком температурном диапазоне. В технике применяют сегнетоэлектрические конденсаторы на основе титаната бария, у которого точка Кюри около 133° С, а ε достигает 6000—7000.