Лекция № 5

Активные диэлектрики

Активными диэлектриками называют такие диэлектрики, свойствами которых можно управлять с помощью внешних факторов и использовать эти факторы для создания функциональных элементов электроники. Чаще всего активные диэлектрики классифицируют согласно физическим эффектам, используемым для управления свойствами материалов. То есть можно выделить сегнето-, пьезо-, пироэлектрики, электреты, жидкие кристаллы и др.. Но, хотя такая классификация является логической, очень нелегко отделить одну группу материалов от других. Это связано с тем, что большое количество активных диэлектриков имеют высокую чувствительность по отношению к нескольким видам энергетических воздействий. Наибольшую универсальность свойств имеют сегнетоэлектрики. Они могут иметь свойства пьезо-, пироэлектриков, электретов, нелинейно-оптических материалов.

Сегнетоэлектрики

Основные особенности сегнетоэлектриков и механизм спонтанной поляризации были рассмотрены ранее.

Классификация сегнетоэлектриков. По типу химической связи и физическим свойствам сегнетоэлектрики подразделяют на две группы:

1. Ионные сегнетоэлектрики. Эти материалы имеют кристаллическую решетку, основой которой является кислородный октаэдр. К ним относят метатитанат бария (BaTiО₃), ниобат лития (LiNbО₃), танталат лития (LiTaО₃), барий-натриевый ниобат (BaNaNb₅O₁₅). Эти сегнетоэлектрики имеют большую механическую прочность, не растворяются в воде, очень легко изготавливаются с использованием керамической технологии, имеют довольно высокую температуру Кюри (например, LiNbО₃ - 1483K, BaTiО₃ - 393K), и большое значение относительной диэлектрической проницаемости.

1. Дипольные сегнетоэлектрики. Эти материалы имеют готовые полярные группы атомов, которые занимают различные положения равновесия. К ним относят сегнетову соль (NaKC₄Н₄O_6.4H₂O), триглинсульфат (NH₂CH₂COOH)₃^.H₂SO₄, дигидрофосфат калия (KH₂PO₄), нитрит натрия (NaNO₂) и прочие. Эти диэлектрики имеют низкие механические свойства, легко растворяются в воде, имеют низкую температуру Кюри (часто ниже комнатной). Их очень легко выращивать из водных растворов в виде монокристаллов.

Использование сегнетоэлектриков. В технике наиболее часто используют ионные сегнетоэлектрики, что связано с их механическими и электрическими свойствами. Основными направлениями использования сегнетоэлектриков являются следующие:

• Низкочастотные конденсаторы с большой удельной емкостью.

• Вариконды.

• Ячейки памяти для ЭВМ. Наличие электрического гистерезиса позволяет иметь два состояния, что является необходимым для запоминающих ячеек.

• Пьезоэлектрики. То есть сегнетоэлектрики используют согласно прямому и обратному пьезоэффекту.

• Пироэлектрики. То есть сегнетоэлектрики используют как преобразователи тепловой энергии в электрическую.

Следует отметить, что кроме указанных выше сегнетоэлектриков очень широкое распространение имеет сегнетокерамика. Это материалы, изготовленные на основе ВаТiО₃ с разными примесями по керамической технологии, позволяет изменять в требуемых пределах  , tg, ТК и другие характеристики.