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 (Тк). Сегнетова соль имеет две точки Кюри (+22,5°С и –15°С). При нагревании сегнетоэлектрика выше Тк 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 (Рs, 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 Рr, называемого остаточной поляризованностью (если речь идет о , то остаточным смещением Dr).
Это говорит о том, что в сегнетоэлектриках имеется остаточная поляризация. Чтобы свести ее к нулю, нужно приложить поле Ес противоположного направления. Величина Ес 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).