Какие виды стекол существуют и где применяются.

2. Сколько классов керамики существует и где они применяются?

3. Основные свойства слюдяных материалов.

4. Чем ситаллы отличаются от простых стекол?

Активные диэлектрики

 

Электреты.

 

Электреты – это диэлектрики, которые длительное время создают в окружающем пространстве электрическое поле за счет предварительной электризации или поляризации.

Первые электреты были получены в 20е годы прошлого столетия из смеси воска и смол.

В зависимости от способа получения различают следующие виды электретов:

1. Термоэлектреты.

Получают охлаждением расплавленного или нагретого диэлектрика в сильном электрическом поле. При охлаждении подвижность зарядов значительно снижается и диэлектрик сохраняет остаточную поляризацию длительное время.

2. Электроэлектреты.

Получают воздействием на диэлектрик сильного электрического поля при комнатной температуре. Запряженный поверхностный слой получают за счет бомбардировки свободными зарядами поверхности диэлектрика.

3. Фотоэлектреты.

Получают при одновременном воздействии электрического поля и световой энергии на материалы, обладающие фотопроводностью. После прекращения воздействия световой энергии разноименные заряды остаются «замороженными» у противоположенных сторон диэлектрика. Фотоэлектреты необходимо хранить только в темноте.

4. Радиоэлектреты.

Получают при воздействии радиоактивного излучения,т.е. ускоренных заряженных частиц. Электризованный поверхностный слой получается за счет ударной ионизации или внедрения ускоренных частиц.

5. Трибоэлектреты. Получают при механическом взаимовоздействии двух диэлектриков (трении).

 

С течением времени заряд электрета уменьшается, что связано с разрушением остаточной поляризации. Время, в течение которого стабилизированный электрический заряд уменьшается в 2,72 раза, называется временем жизни электрета.

В качестве электретов используют как органические материалы, так и неорганические.

Из природных материалов применяют янтарь, канифоль, слюду и их смеси. Природные электреты обладают низкой стабильностью заряда, высокой чувствительностью к условиям хранения, время жизни не более 1 года. В изделиях радиоэлектроники практически не применяют из-за низкого качества.

В качестве синтетических материалов для изготовления электретов используют органические полимерные пленки с высокими диэлектрическими свойствами (лавсан, поликарбонат, полипропилен). Синтетические электреты в виде пленок применяют в качестве мембран в микрофонах, вибропреобразователях.

Электреты из неорганических материалов изготавливают на основе титаносодержащей керамики, ситаллов, различных стекол.

Электректы применяются для изготовления элементов электрической памяти, дозиметров проникающей радиации, для световой записи информации на диэлектрическую пленку.

Сегнетоэлектрики.

 

Сегнетоэлектриками называют материалы, у которых ярко выраженная спонтанная поляризация, при определенной температуре и может изменяться под действием приложенного поля. Характерными особенностями сегнетоэлектриков являются:

1. Доменная структура. Векторы электрического поля доменов параллельны друг другу, но ориентированы по-разному. При приложении электрического поля ориентация преимущественно в направлении электрического поля, что может создавать эффект сильной поляризации и следовательно сверхвысокое значение (ε до 50 000).

 

2. При определенной температуре диэлектрическая проницаемость принимает максимальное значение и потом резко снижается. Такая температура называется температурой Кюри.

Q(Кл)

 

 

 

 

Т^о

Т^о Кюри

3.При некотором значении Е_вн наступает насыщение. Поляризация сегнетоэлектриков связана с большими затратами энергии в переменном электрическом поле, т.е. обнаруживается “гистерезис”.

Q

-Q

E

–E

Площадь петли – характеризует потери за один период.

 

4. При определенных условиях сегнетоэлектрики обнаруживают пъезоэффект, т.е. под действием сжимающих или растягивающих усилий на поверхности материала обнаруживаются заряды (и наоборот). Эти материалы носят название пъезоэлектриков (пъезоэффект).

 

К числу сегнетоэлектриков относятся:

1. Сегнетова соль (NaKC₄H₄O₆ 4Н₂О).

 

Особенности: два максимума (точки Кюри), между ними наблюдаются сегнетоэлектрические свойства (22,5^оС и –15^оС).

^.

Незначительная механическая прочность, появление трещин при незначительном нагревании и невысокая температура Кюри ограничивают применение сегнетовой соли.

2 Конденсаторная сегнетокермика.

Основана на применении ВаТiO₃ c затенением ионов титана и бария другими элементами, что в одних случаях приводит к смещению максимумов t^o влево и вправо (титанат стронция SrTiO₃ – влево, титанат свинца – вправо РbTiO₃).

Керамику используют для изготовления НЧ конденсаторов большой удельной емкости.

3 Нелинейная сегнетокерамика – для создания варикондов (конденсаторов, емкость которых зависит от напряженности электрического поля) используют сегнетокерамику с большой зависимостью диэлектрической проницаемости от приложенного напряжения.

 

4. Терморезисторная сегнетокерамика.

Обладает позисторным эффектом, при котором происходит резкое увеличение удельного сопротивления при повышения напряжения.

Позисторы используются в ограничителях и регуляторах температуры в стабилизаторах тока, в схемах температурной компенсации.

 

3.5.3 Пьезоэлектрические материалы.

 

К ним относятся материалы, у кристаллов которых отсутствует центр симметрии и под действием механических напряжений возникают электрические моменты.

Изменение поляризации при прямом пьезоэффекте, равно поверхностной плотности выступивших зарядов пропорционально механическим напряжениям.

Материалы этой группы характеризуются коэффициентом связывающим q со значением деформирующего усилия и наз. пъезомодулем d= Q/F (кулон/ньютон)

 

Прямой пьезоэффект используют в различных датчиках движения, смещения, усорения.

При приложении электрического переменного поля в кристалле (пьезоэлементе) возможны механические колебания, амплитуда которых зависит от f приложенного напряжения. При совпадении частот возникает явление резонанса. Подобно контуру такой элемент характеризуется Q.

 

Пьезокристаллы:

Кварц,

У природного кварца значительная анизотропия и высокая стоимость, поэтому в настоящее время применяется редко.

Синтетический квар ц выдерживает t до 500^оС, в то время как природный кварц только до 250^оС. Из кварца вырезают различные пластины и.т.п.

Находит применение в кварцевых резонаторах, фильтрах, элементах обратной связи.

Этилендиаминтартрат (ЭДТ) – кристалл выращивается в лабораторных устройствах, d выше чем у кварца (7 - 10)*10^-12М/В. Имеет более низкую механическую прочность и добротность. Используется в кристаллических фильтрах и стабильных генераторах.

Турмалин используется для регистрации больших давлений.