6.1 Разновидности пьезоэлектриков

1. Классические линейные пьезоэлектрики типа кварц (см. выше).

2. Пироэлектрики. Представляют собой разновидность пьезоэлектрических кристаллов и отличаются от кварца тем, что их ячейка имеет одно или несколько неуравновешенных полярных направлений. Благодаря этому пьезэоэлектрики указанной группы поляризуются при всестороннем гидрастатическом давлении и тепловом расширении, откуда и происходит название “пироэлектрики”. Типичным представителем пироэлектриков является турмалин.

3. Сегнетоэлектрики. Входят в группу пироэлектрических кристаллов. Характерным для них является то, что их кристалл разбит на домены, в пределах которых существует упорядоченная структура и свое полярное направление. Так как полярные направления доменов ориентированы друг к другу хаотично, то в целом такая текстура электрически нейтральна. Такое строение подобно строению ферромагнетиков, поэтому сегнетоэлектрические материалы называют также ферроэлектрическими. Сегнетоэлектрикам присуща нелинейность зависимость плотности поляризованных зарядов от внешних воздействий (механические воздействия, температура и т.п.) и “гистерезис”.

Одни и те же кристаллы в зависимости от температуры могут быть как сегнетоэлектриками, так и линейными кристаллами. Температура, при которой сегнетоэлектрическая структура кристалла, преобразуется в структуру линейного кристалла или в другую сегнетоэлектрическую структуру, называется точкой Кюри. Вблизи точки Кюри аномальные свойства сегнетоэлектриков, например высокая поляризация при действии механических напряжений и температуры или очень большое изменение диэлектрической проницаемости при действии температуры, проявляется особенно сильно. Типичные сегнетоэлектрики: а) сегнетовая соль между точками Кюри от - 18 до +24 С. Сегнетовая соль – натрийкалиевая соль винной кислоты.

Структурная формула:

В настоящее время сегнетова соль в качестве пьезоэлектрика используется редко.

б) монокристаллический титанат бария, имеющий три точки Кюри: при -80;0; и +120 С.

4. Пьезокерамические пьезоэлектрики. Представляют собой продукт отжига спрессованной смеси, состоящей из мелкодисперсного сегнетоэлектрического кристалла с присадками. Пьезоэлектрические свойства они приобретают после поляризации в сильном электрическом поле, направление которого и определяет полярный метод пьезокерамики (направление поляризации в пьезокерамике обычно обозначают осью Z.).

Сырьем для производства пьезокерамики наряду с титанатом бария с точкой Кюри +120ºС, служат титанат свинца с точкой Кюри около +500ºС и цирконат синца с точкой Кюри примерно +230ºС. Наилучшие результаты получаются при использовании смесей этих материалов – так называемых цирконато-титанатов свинца (керамики типа ЦТС), которые получили самое широкое распространение, так как обладая такой же чувствительностью, как и , они обеспечивают работу преобразователя в температурном диапазоне до200-250ºС.