5. Практические применения сегнетоэлектриков

5.1 Управление свойствами

Большие значения пьезоэлектрических коэффициентов сегнетоэлектриков, особенно вблизи температуры перехода, обусловливают их перспективность для применения в пьезотехнике. Сегнетоэлектрики часто превосходят также другие пьезоэлектрические материалы благодаря тому, что их большая диэлектрическая проницаемость обусловливает высокие значения коэффициента электромеханической связи (последний характеризует долю электрической энергии, запасаемую в виде механической энергии). Сегнетоэлектрики уже много лет используются в пьезоэлектрических приборах, например в преобразователях, т. е. устройствах, преобразующих механические сигналы в электрические и обратно. Ранее в преобразователях в основном использовалась сегнетова соль, а в настоящее время из-за недостаточной влагостойкости сегнетовой соли обычно используют керамику на основе титаната бария. Благодаря высоким значениям диэлектрической проницаемости сегнетоэлектрики применяются также в конденсаторах.

В этой главе кратко описывается разработка сегнетоэлектрических материалов, в которых высокие значения определенных параметров имеют место при обычной температуре, причем температурная зависимость этих параметров может быть большой или малой в зависимости от предъявленных требований. Здесь же описывается применение сегнетоэлектриков в преобразователях электрической энергии в механическую и обратно, для стабилизации частоты, в фильтрах, миниатюрных конденсаторах, термометрах, модуляторах, умножителях частоты, диэлектрических усилителях, а также в затворах и модуляторах лазерного излучения. Нелинейные пьезоэлектрические свойства можно использовать для прямого усиления звука. В электронных вычислительных машинах сегнетоэлектрики можно использовать в матрицах памяти в качестве ячеек памяти, в переключающих устройствах, счетчиках и в других бистабильных элементах.

Для поддержания требуемого значения данного параметра не всегда удобно держать сегнетоэлектрический кристалл в термостате. Поэтому предпринимаются попытки создать такие вещества, которые обладали бы требуемыми свойствами при комнатной температуре. Такое управление свойствами возможно посредством изменения состава твердых растворов, причем, как мы уже упоминали, управлять свойствами можно также путем введения определенных добавок в процессе изготовления керамики.

Острота аномальных пиков иногда может являться обстоятельством, затрудняющим практическое использование того или иного сегнетоэлектрика. Для «сглаживания» таких пиков можно применять упоминавшиеся выше способы управления свойствами материалов. Например, если внутренние напряжения в керамике неоднородны, то область значений Т₀ существенно расширится. В этом случае температурную зависимость данного свойства в целом можно представить как суперпозицию ряда кривых с пиками, смещенными по температуре, в результате чего суммарная кривая является более пологой. При этом, конечно, высота максимума уменьшается. Пик диэлектрической проницаемости титаната бария при 120° С можно сместить, если в керамику ввести добавки стронция или кальция. Например, можно получить пик при 30° С, причем диэлектрическая проницаемость уменьшается лишь вдвое при изменении температуры на 50° в обе стороны.