2.3. Сегнетоэлектрики и их свойства

Сегнетоэлектрики - диэлектрики с необычными и интересными свойствами. Первоначально эти свойства были обнаружены у сегнетовой соли ( ). В настоящее время известно большое количество соединений, обладающих сегнетоэлектрическими свойствами. По практическому использованию наиболее распространенным является титанат бария ( ).

Назовем свойства сегнетоэлектриков.

1. В некотором температурном интервале диэлектрическая проницаемость достигает очень больших значений (ε=10⁴÷10⁵).

2. Зависимость поляризованности от напряженности электрического поля P(E) нелинейная.

3. Диэлектрическая проницаемость не является постоянной величиной и зависит от напряженности поля.

4. Наблюдается явление диэлектрического гистерезиса.

5. При нагревании сегнетоэлектрика выше определенной температуры T_k, различной для разных веществ, сегнетоэлектрические свойства исчезают, и образец превращается в обычный диэлектрик.

Рассмотрим поляризацию сегнетоэлектрика. Возьмем сегнетоэлектрик в форме пластинки и поместим его между обкладками конденсатора. Если образец первоначально не был поляризован, то при увеличении напряженности электрического поля поляризованность будет изменяться по кривой 01 (рис.2.6). При некотором значении напряженности поля поляризованность достигает насыщения. Кривая 01 называется основной кривой поляризации.

Е сли уменьшать напряженность поля, то поляризованность будет уменьшаться уже по кривой 12.

При E=0 сегнетоэлектрик сохраняет остаточную поляризованность P₀.

Чтобы уничтожить остаточную поляризацию нужно приложить электрическое поле обратного направления. Поляризованность сегнетоэлектрика обращается в нуль при некотором значении напряженности поля E_c. Значение E_c называется коэрцитивным полем.

При дальнейшем циклическом изменении электрического поля поляризованность будет изменяться в соответствии с петлеобразной кривой, изображенной на рис.2.6. Эта кривая называется петлей гистерезиса.

Причиной сегнетоэлектрических свойств кристаллов является существование в них областей самопроизвольной (спонтанной) поляризации, в которых возникает большой дипольный момент даже в отсутствие внешнего электрического поля. Эти области называются диэлектрическими доменами. Спонтанная поляризация в обычных условиях не проявляется, так как размеры доменов малы, а направление поляризованности в разных областях различно.

Сегнетоэлектрики имеют важные практические применения.

Материалы сложного состава, приготовленные на основе сегнетоэлектриков и имеющие высокую диэлектрическую проницаемость, используют при изготовлении миниатюрных конденсаторов большой емкости. Работа реального конденсатора, включенного в цепь переменного тока, сопровождается потерями энергии в диэлектрике. Можно показать, что мощность диэлектрических потерь пропорциональна площади петли гистерезиса. Поэтому в сегнетоконденсаторах используют материалы с узкой петлей гистерезиса.

В сегнетоэлектриках имеет место пьезоэлектрический эффект (см.2.4)