Свойства сегнетоэлектриков

Сегнетоэлектриками называют полярные диэлектрики, которые в определенном интервале температур спонтанно (самопроизвольно) поляризованы, т.е.обладают поляризованностью при отсутствии внешнего электрического поля. К сегнетоэлектрикам относятся сегнетова соль NaKC₄H₄O₆×4Н₂О, титанат бария ВаTiО₃, триглицинсульфат (NH₂CH₂COOH₃)₃×3H₂SO₄. В настоящее время известно уже свыше ста сегнетоэлектриков.

Сегнетоэлектрики обладают рядом своеобразных электрических свойств:

1. Диэлектрическая проницаемость e сегнетоэлектриков очень велика (10³¸10⁴), в то время как у большинства обычных диэлектриков она составляет несколько единиц.

2. Диэлектрическая проницаемость e сегнетоэлектриков является функцией напряженности внешнего электрического поля (рис. 6) и температуры (рис. 7).

3. У сегнетоэлектриков температурная зависимость e имеет один (рис. 7) или несколько выраженных максимумов (рис. 8). Температуры, при которых наблюдаются эти максимумы называются точками Кюри (Т_к). Сегнетова соль имеет две точки Кюри (+22,5°С и –15°С). При нагревании сегнетоэлектрика выше Т_к он утрачивает необыкновенные свойства и становится обычным диэлектриком. У сегнетоэлектриков, которые имеют две и больше точек Кюри, особые свойства наблюдаются только при температурах, лежащих в пределах между этими точками. Зависимость e от температуры подчиняется закону Кюри-Вейсса:

где b – константа, равная приблизительно 10^-5¸10^-6 град^-1.

4. Зависимость Р от Е и D от Е не является линейной (рис. 9, 10).

5. Для сегнетоэлектриков характерно явление насыщения, состоящее в том, что начиная с некоторого значения Е, Р не изменяется (Р_s, рис. 9).

6. Всем сегнетоэлектрикам свойственен гистерезис (от греческого слова «гистерезис» – запаздывание), представляющий неоднозначную зависимость поляризованности Р (или D) от напряженности электрического поля. Величина Р (или D) определяется не только значением Е в данный момент, но зависит еще от предшествующих состояний поляризации. При циклических изменениях поля зависимость Р от Е (или D от Е) следует кривой, называемой петлей гистерезиса.

При первоначальном увеличении поля нарастание поляризованности описывается кривой 1. Уменьшение Р происходит по ветви 2. При обращении Е в нуль поляризованность не исчезает, а лишь уменьшается до значения Р_r, называемого остаточной поляризованностью (если речь идет о , то остаточным смещением D_r). Это говорит о том, что в сегнетоэлектриках имеется остаточная поляризация. Чтобы свести ее к нулю, нужно приложить поле Е_с противоположного направления. Величина Е_с называется коэрцитивной силой. При дальнейшем изменении Е получается ветвь 3 петли гистерезиса. При температурах выше точки Кюри зависимость Р (или D) от Е при не слишком больших значениях напряженности поля становится линейной (рис. 12).