- •Лекции по дисциплине «Химия радиоматериалов»
- •Вступление
- •Тема I. Диэлектрические материалы
- •Требования к химическим свойствам диэлектриков
- •1.1 Классификация диэлектрических материалов
- •1.2 Твердые органические диэлектрики
- •1.2.1 Органические полимеры
- •1.2 Классификация полимеров
- •1.2.1 Классификация полимеров по происхождению
- •1.2.2 Классификация полимеров по химическому строению основной цепи макромолекул
- •1.2.3. Классификация полимеров по геометрической (структурной) форме макромолекул. Неоднородности в полимерах
- •1.2.4. Классификация полимеров способу получения
- •1.2.5. Классификация полимеров по отношению к нагреванию
- •1.3 Гомополимеры и сополимеры
- •Полимеризация
- •Радикальная полимеризация
- •Ступенчатые процессы синтеза полимеров
- •Поликонденсация
- •Химические превращения полимеров
- •Физические (релаксационные) состояния полимеров
- •Электрические свойства полимеров
- •Природные и искусственные полимеры в радиоматериалах
- •Синтетические полимеры в радиоматериалах
- •Электроизоляционные пластмассы
- •1.6.2 Смолы (олигомеры)
- •Электроизоляционные органические полимерные пленки
- •Электроизоляционные лаки и эмали.
- •Пропиточные лаки
- •Электроизоляционные компаунды
- •Электроизоляционные волокнистые материалы
- •Электроизоляционные материалы на основе битумов
- •Неорганические твердые диэлектрики Диэлектрические материалы на основе стекол
- •Керамические диэлектрические материалы
- •Слюда и слюдяные материалы
- •Газообразные диэлектрики
- •Жидкие диэлектрики
- •Активные диэлектрики
- •Конец темы 1
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.