2. Сегнетоелектрики

Існує особлива група діелектриків, для яких діелектрична проникність приймає великі значення (порядку 10³-10⁴). Крім того, за своїми фізичними властивостями ця група суттєво відрізняється від звичайних діелектриків: діелектрична проникливість не є постійною величиною, а залежить від напруженості поля. Така група діелектриків отримала назву сегнетоелектриків, від назви сегнетової солі, в якій вперше було виявлено такі особливі діелектричні властивості (формула сегнетової солі NaKC₄H₄ x 4H₂O). Властивостями сегнетоелектриків володіє ряд інших речовин, наприклад, титанат барію (ВаТіО₃).

Причиною особливих діелектричних властивостей сегнетоелектриків є наявність в них мікроскопічних областей спонтанної (самовільної) поляризації. Ці мікроскопічні

області отримали назву доменів (від французького слова damaine - володіння). В кожному з доменів дипольні моменти молекул самовільно орієнтовані в одному напрямі. Сегнетоелектрики можна уявити як своєрідну мозаїку, складену з доменів. На схематичному рис. 33.3 стрілками вказано напрям орієнтації дипольних

моментів в межах кожного домену. У відсутності зовнішнього поля дипольні моменти доменів орієнтовані довільно (якщо перед тим сегнетоелектрики не знаходились в електричному полі).

Поляризація сегнетоелектриків відбувається за рахунок росту і зміщення границь доменів. Крім цього, відбувається поворот дипольних моментів окремих доменів в напрямі зовнішнього електричного поля. В сильному електричному полі можливе явище насичення, коли дипольні моменти всіх доменів орієнтовані вздовж зовнішнього поля.

Для сегнетоелектриків характерне явище гістерезису (запізнювання), яке полягає в тому, що крива поляризованості сегнетоелектрика при збільшенні напруженості зовнішнього поля не співпадає (відстає) з кривою поляризованості при зменшенні зовнішнього поля. В результаті сегнетоелектрик може зберігати залишкову поляризованість.

В сегнетоелектриках спостерігаються особливі ефекти, які отримали назву п’єзоефектів. Прямий п’єзоефект полягає в тому, що механічна деформація сегнетоелектрика приводить до появи на його поверхнях електричних зарядів. Зворотній п’єзоефект проявляється в деформації (стисненні або розтягу) сегнетоелектрика в зовнішньому електричному полі. Прямий і зворотній п’єзоефекти широко застосовуються на практиці для перетворення механічних коливань в електричні і навпаки.

Для кожного сегнетоелектрика існує температура, при якій відбувається руйнування його доменів - сегнетоелектрик перетворюється в звичайний діелектрик. Температура, яка відповідає такому перетворенню, називається точкою Кюрі (перетворення сегнетоелектрика в звичайний діелектрик є прикладом фазового переходу другого роду).

Залежність діелектричної проникності сегнетоелектриків від температури наведена на рис. 33.4. Спочатку з збільшенням температури збільшується діелектрична проникність сегнетоелектрика (ділянка 1-2). Таке збільшення діелектричної проникності пояснюється збільшенням рухливості структури сегнетоелектрика, що зумовлює його «легшу» поляризацію. Коли температура сегнетоелектрика стає рівною температурі Кюрі, діелектрична проникність різко зменшується (ділянка 2-3), як результат перетворення сегнетоелектрика в звичайний діелектрик, що має значно меншу діелектричну проникність.