Ионно-релаксационная поляризация
Ионно-релаксационная поляризация наблюдается в диэлектриках с ионным типом химических связей. Слабо связанные ионы вещества под действием приложенного электрического поля смещаются на расстояния, превышающие постоянную кристаллической решетки.
Электронно-релаксационная поляризация
Электронно-релаксационная поляризация характерна для твердых диэлектриков, содержащих дефекты или примесные ионы, способные захватывать электроны. Такие захваченные на "ловушках" электроны или дырки при отсутствии электрического поля могут под действием тепловых флуктуаций переходить из одного вероятного положения в другое. Время релаксации данного механизма поляризации при комнатной температуре 10-2 – 10-7с.
Этот вид поляризации существенную роль играет в поликристаллической керамике типа рутила TiO2, перовскита CaTiO3, в керамических материалах, изготовленных на основе сложных оксидов титана, циркония, ниобия, тантала, свинца, церия, висмута.
Миграционная поляризация
Миграционная поляризация наблюдается в неоднородных диэлектриках, имеющих проводящие и полупроводящие включения, слои с различной проводимостью и т.п. При внесении неоднородных диэлектриков в электрическое поле свободные заряды смещаются и концентрируются на граничных слоях включений, в приэлектродных слоях и т.д., образуя пространственные заряды, поле которых внешне проявляет себя как "дополнительный" механизм поляризации.
Спонтанная поляризация
Фазовые переходы, при которых неполярные вещества самопроизвольно (спонтанно) переходят в полярное состояние называют сегнетоэлектрическими, а сам процесс перехода в новое состояние спонтанной поляризацией. Для сегнетоэлектриков характерны зависимости диэлектрической проницаемости от температуры с резко выраженным максимумом, который наблюдается вблизи точки перехода - точки Кюри Тк (рисунок 2.8).
Рис. 2.8. Зависимость диэлектрической проницаемости от температуры
вдоль осей a и c для BaTiO3
Характерные свойства сегнетоэлектриков обусловлены наличием у них доменной структуры – взаимосвязанных микрообластей, в пределах которых векторы поляризации структурных ячеек имеют одинаковое направление.
Классификация диэлектриков по механизмам поляризации
Линейные диэлектрики
Линейные диэлектрики относят к пассивным диэлектрикам, применяемым в в качестве различных видов электрической изоляции или диэлектрика конденсаторов. Характер изменения поляризованности и диэлектрической проницаемости от напряженности поля для линейных диэлектриковпоказан на рисунке 2.9.
Рис. 2.9. Зависимость поляризованности и диэлектрической проницаемости линейных диэлектриков от напряженности электрического поля
Неполярные диэлектрики (нейтральные) – состоят из неполярных молекул, у которых центры тяжести положительного и отрицательного зарядов совпадают. Примеры материалов: парафин, полиэтилен, полистирол.
Полярные диэлектрики (дипольные) – состоят из полярных молекул, обладающих электрическим моментом. В таких молекулах из-за их асимметричного строения центры масс положительных и отрицательных зарядов не совпадают. Примеры материалов: фенолоформальдегидные и эпоксидные смолы, хлористый метил.
Ионные соединения представляют собой твердые неорганические диэлектрики с ионным типом химической связи. К первой группе ионных диэлектриков, в которой наблюдаются только быстрые виды поляризаций, относятся кристаллические вещества с плотной упаковкой ионов (каменная соль, кварц, слюда, корунд и др.) Ко второй группе, в которой кристаллические диэлектрики с неплотной упаковкой ионов в решетке имеют также и ионно-релаксационную поляризацию относятся неорганические стекла, электротехнический фарфор, ситаллы, микалекс и др.
Нелинейные диэлектрики
Пропорциональности между векторами Р и Е нет у нелинейных диэлектриков, к которым относятся, в частности, сегнетоэлектрики (рисунок 2.10). Нелинейные диэлектрики являются активными диэлектриками, параметры которых зависят от величины приложенной разности потенциалов.
Рис. 2.10. Зависимость диэлектрической проницаемости и поляризованности нелинейного диэлектрика от напряженности электрического поля