5.2.3. Сегнетоэлектрики.

Некоторые химические соединения в твердом состоянии имеют весьма необычные электрические свойства. Впервые эти свойства были обнаружены у сегнетовой соли и поэтому этот класс веществ получил название сегнетоэлектриков. Детальное исследование свойств сегнетовой соли было произведено И.В. Курчатовым и П.П. Кобеко в 1931 – 34 г.г.

Основные свойства сегнетоэлектриков:

1. Сегнетоэлектрики имеют аномально большие значения диэлектрической проницаемости .

2. Диэлектрическая проницаемость сегнетоэлектриков является нелинейной функцией напряженности электрического поля.

3. Диэлектрическая проницаемость зависит не только от напряженности электрического поля, но и от предистория образца, т.е. его предшествующей поляризации. Другими словами наблюдается диэлектрический гистерезис.

4. Сегнетоэлектрические свойства сильно зависят от температуры. Для каждого сегнетоэлектрика имеется определенная температура выше которой его необычные свойства исчезают. Эта температура получила название точки Кюри. Как правило, сегнетоэлектрики имеют одну точку Кюри, хотя есть и исключения. Например, у сегнетовой соли две точки .

Эти свойства сегнетоэлектриков объясняются тем, что в отсутствии внешнего электрического поля сегнетоэлектрики представляют собой как бы мозаику из доменов – областей с различными направлениями спонтанной (самопроизвольной) поляризованости. Так, что в целом сегнетоэлектрик не поляризован, т.е. его дипольный момент равен нулю.

При внесении сегнетоэлектрика во внешнее электрическое поле происходит переориентация дипольных моментов доменов по полю, а возникающее при этом электрическое поле доменов будет поддерживать их некоторую ориентацию и после прекращения действия внешнего поля.

6.2.3. Пьезоэффект.

О пыт показывает, что в некоторых кристаллах поляризация может возникать не только под действием электрического поля, но и под действием механических напряжений. Это явление, впервые изученное П. и Ж. Кюри, получило название пьезоэлектрического эффекта или пьезоэффекта.

Если из кристалла кварца вырезать определенным образом пластинку и сжимать (растягивать) ее в направлении перпендикулярном к оптической оси, то в ней возникает поляризация, и на поверхности пластинки появляются поляризационные заряды (рис. 19). Опыт показывает, что при изменении знака деформации, т.е. при переходе от растяжения к сжатию, знак поляризационных зарядов изменяется.

В еличина вектора поляризации (в определенном интервале изменений) пропорциональна механическому напряжению.

Н аряду с прямым пьезоэффектом, существует и обратное ему явление (обратный пьезоэффект): в пьезоэлектрических кристаллах возникновение поляризации всегда сопровождается механическими деформациями. Поэтому, если на металлические обкладки, укрепленные на кристалле, подать напряжение, то он под действием поля поляризуется и деформируется.

Пользуясь этим обстоятельством можно осуществлять различные типы деформации. На рисунке 20 показан двойной пьезоэлемент (составленный из двух пластин) работающий на сжатие. Пластины вырезаны таким образом, что они одновременно сжимаются или растягиваются.

На рисунке 21 показан пьезоэлемент работающий на изгиб. При подаче напряжения на пластинки одна из них растягивается, а другая сжимается, в результате чего и возникает деформация изгиба. Если такие пластинки сгибать внешними силами, то на пластинках появляется напряжение. Очевидно, что такой пьезоэлемент не отвечает на сжатие и растяжение, так как возникающие при этом электрические поля направлены в разные стороны и разность потенциалов равна нулю.