сущ., кол-во синонимов: 1
ферроэлектрик (1)
сегнетова соль
Энциклопедический словарь
Сегне́това соль - двойная соль винной кислоты, KOOC(CHOH)2COONa·4H2О, бесцветные кристаллы, tпл 70-80°C. Открыта (1655) французским аптекарем Э. Сеньетом (Е. Seignette, 1632-98), по имени которого и названа. От названия «сегнетова соль» происходит термин «сегнетоэлектрики» (характерные для них свойства впервые обнаружены у сегнетовой соли).
* * *
СЕГНЕТОВА СОЛЬ - СЕГНЕ́ТОВА СОЛЬ, двойная соль винной кислоты, КООС(СНОН)2СООNaЧ4Н2О, бесцветные кристаллы, tпл 70-80 °С. Открыта (1655) французским аптекарем Э. Сеньетом (E. Seignette, 1632-98), в честь которого получила свое название.
Сегнетова соль была первым кристаллом, у которого обнаружены и изучены сегнетоэлектрические свойства, и она дала название целому классу материалов, обладающих спонтанной поляризацией - сегнетоэлектрикам (см. СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКИ).
Детальное исследование диэлектрических свойств сегнетовой соли было впервые проведено И. В. Курчатовым (см. КУРЧАТОВ Игорь Васильевич) и П. П. Кобеко (см. КОБЕКО Павел Павлович), которые установили все основные свойства сегнетоэлектриков.
Сегнетова соль представляет собой бесцветные кристаллы, разлагающиеся при 55,6 °С, хорошо растворимые в воде (1390 г/л при 30 °С), плотность 1,77 кг/м3. Механические и электрофизические свойства кристаллов сегнетовой соли резко анизотропны.
Сегнетоэлектрические свойства (полярная сегнетоэлектрическая фаза) проявляются в сегнетовой соли в интервале температур, ограниченном двумя точками Кюри, верхней +24,5оС и нижней -18оС. В этой фазе она является моноклинной и принадлежит к пространственной группеР21. Структура сегнетовой соли достаточно сложная, для нее характерно наличие бесконечных спиральных цепочек водородных связей О-Н…О между молекулами кристаллизационной воды и атомами кислорода анионов. Спонтанная поляризация существует только внутри этого температурного интервала. Вне сегнетоэлектрической области температур сегнетова соль, будучи нецентросимметричной, обладает пьезоэлектрическими свойствами. Фазовый переход в сегнетовой соли связан с упорядочением водородных связей.
Домены в реальном кристалле сегнетовой соли представляют собой пластинки, параллельные ромбическим плоскостям. При наблюдении в поляризованном свете из-за различной ориентацией ячеек в соседних доменах можно различать домены с противоположной ориентацией вектора спонтанной поляризации.
Имеется возможность переполяризации кристалла сегнетовой соли в полидоменном состоянии под действием механических напряжений. Перестройка доменной структуры под действием механических напряжений при циклическом изменении их величины и знака приводит к гистерезисной зависимости поляризации от механических напряжений.
Монокристаллы сегнетовой соли широко применялись до открытия Б. М. Вулом (см. ВУЛ Бенцион Моисеевич) (1944) сегнетоэлектрических свойств титаната бария (см. БАРИЯ ТИТАНАТ) BаTiO3. Широкому промышленному использованию сегнетовой соли препятствует ее высокая хрупкость и, кроме того, сегнетова соль не выдерживает сколько-нибудь сильного нагревания (рабочие температуры не выше 40-45°С). Малая влагостойкость, низкая механическая прочность, а также сильная зависимость свойств от температуры и напряженности электрического поля ограничивают ее применение.
Большой энциклопедический словарь
СЕГНЕТОВА соль - двойная соль винной кислоты, КООС(СНОН)2СООNa??Н2О, бесцветные кристаллы, tпл 70-80 .С. Открыта (1655) французским аптекарем Э. Сеньетом (E. Seignette, 1632-98), в честь которого и названа. От названия "сегнетова соль" происходит термин "сегнетоэлектрики" (характерные для них свойства впервые обнаружены у сегнетовой соли).
Орфографический словарь
Синонимы к слову сегнетова соль
Полезные сервисы
сегнетокерамика
Энциклопедический словарь
СЕГНЕТОКЕРАМИКА - СЕГНЕ́ТОКЕРА́МИКА, керамика (см. КЕРАМИКА), полученная на основе сегнетоэлектрических материалов (см. СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ).
Сегнетокерамика широко используется в технике, в частности в электро- и радиотехнике, в первую очередь в качестве диэлектрической прослойки в конденсаторах, поскольку даже в поляризованном состоянии сегнетоэлектрики остаются хорошими изолятороми с большой диэлектрической проницаемостью. В то же время за счет поляризации сегнетоэлектрики способны накапливать электрический заряд, поэтому сегнетокерамика используется для изготовления низкочастотных малогабаритных конденсаторов, варикондов (см. ВАРИКОНД), и других активных элементов электрических схем.
Для получения оптимальных свойств керамики используют твердые растворы сегнетоэлектрических материалов, что позволяет регулировать значения , смещать температуру Кюри и т. д. Для регулирования температурных зависимостей параметров конденсаторов в состав сегнетокерамики вводят различные добавки. В большинстве случаев конденсаторные сегнетокерамики содержат несколько кристаллических фаз.
Такая сегнетокерамика имеет максимально высокое значение диэлектрической проницаемости , которая мало зависит от температуры, низкие диэлектрические потери, высокую электрическую прочность и минимальную зависимость диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь от напряженности электрического поля.
Для разных типов конденсаторов используют различные сегнетокерамические материалы. Одним из основных материалом для изготовления сегнетокерамики является титанат бария (см. БАРИЯ ТИТАНАТ) и твердые растворы (см. ТВЕРДЫЕ РАСТВОРЫ) на его основе, например твердый раствор SrTiO3 и CaTiO3 в BaTiO3. Такой материал предназначен для изготовления низковольтных и высоковольтных конденсаторов, работающих при комнатной температуре и имеет следующие характеристики: = 6000-7500 (при 20оС), tg 0,03 (при 1кГц и 20оС), = 109-1011Ом.м, Епр 2,5 МВ/м.
Для изготовления конденсаторной сегнетокерамики также используют добавки, которые «размывают» сегнетоэлектрический фазовый переход, что приводит к сглаживанию температурной зависимости диэлектрической проницаемости. Одна из важнейших характеристик сегнетокерамики для варикондов - коэффициент нелинейности (отношение максимального значения диэлектрической проницаемости к начальной диэлектрической проницаемости). При производстве керамики для варикондов используют твердые растворы системы Ba(Ti,Sn)O3 или Pb(Ni,Zr,Sn)O3.
Обычная керамика на основе сегнетоэлектриков изотропна и не обладает пьезоэлектрическим эффектом (см. ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ). После выдержки сегнетокерамики в сильном постоянном поле (Е=2-4МВ/М) при температуре 100-150оС в течение 1-2 часов, происходит ее поляризация. В поляризованной сегнетокерамике - пьезокерамике (см. ПЬЕЗОКЕРАМИКА) - механическая деформация создает значительный электрический заряд, и наоборот, под влиянием приложенного электрического поля происходит деформация образца. Сдвиг поляризации в результате механической деформации происходит, если в кристаллах сегнетоэлектрической керамики заряды расположены несимметрично относительно центра кристаллической ячейки кристалла.
На сегнетоэлектрической керамике изготавливают модуляторы света, позволяющие управлять интенсивностью световых пучков. Принцип действия модуляторов света основан на изменении коэффициента преломления света при приложении электрического поля к образцу из такой керамики.
Слитно. Раздельно. Через дефис
Орфографический словарь
Синонимы к слову сегнетокерамика
Полезные сервисы
сегнетоконденсатор
Орфографический словарь
Синонимы к слову сегнетоконденсатор
Морфемно-орфографический словарь
Полезные сервисы
сегнетоэлектрик
Слитно. Раздельно. Через дефис
Синонимы к слову сегнетоэлектрик
Морфемно-орфографический словарь
Полезные сервисы
сегнетоэлектрики
Энциклопедический словарь
Сегнетоэле́ктрики - вещества, обладающие в определённом интервале температур самопроизвольной (в отсутствие электрического поля) электрической поляризацией, сильно зависящей от внешних условий. К сегнетоэлектрикам относятся сегнетова соль, титанат бария (BaTiO3), дигидрофосфат калия (KH2PO4), ниобат лития (LiNbO3) и др. Известно несколько сотен сегнетоэлектриков, в том числе сегнетокерамика. Применяются главным образом в пьезоэлектрических преобразователях, в детекторах электромагнитных излучений, а также в различных конденсаторах.
* * *
СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКИ - СЕГНЕТОЭЛЕ́КТРИКИ, вещества, обладающие в определенном интервале температур самопроизвольной (в отсутствие электрического поля) электрической поляризацией, сильно зависящей от внешних условий. К сегнетоэлектрикам относятся сегнетова соль, титанат бария (BaTiO3), дигидрофосфаты калия (KH2PO4) и аммония, ниобат лития (LiNbO3) и др. Известно несколько сотен сегнетоэлектриков, в т. ч. сегнетокерамика. Применяются главным образом как пьезоэлектрические преобразователи (см. ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ) в детекторах электромагнитных излучений, а также в различных конденсаторах.
Большой энциклопедический словарь
СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКИ - вещества, обладающие в определенном интервале температур самопроизвольной (в отсутствие электрического поля) электрической поляризацией, сильно зависящей от внешних условий. К сегнетоэлектрикам относятся сегнетова соль, титанат бария (BaTiO3), дигидрофосфаты калия (KH2PO4) и аммония, ниобат лития (LiNbO3) и др. Известно несколько сотен сегнетоэлектриков, в т. ч. сегнетокерамика. Применяются главным образом как пьезоэлектрические преобразователи в детекторах электромагнитных излучений, а также в различных конденсаторах.
Иллюстрированный энциклопедический словарь
СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКИ, кристаллы, обладающие в определенном интервале температур самопроизвольной поляризацией, сильно зависящей от внешних воздействий. К сегнетоэлектрикам относятся титанат бария, сегнетова соль и сегнетоэлектрики обладают высокой диэлектрической проницаемостью. При нагревании при определенной температуре (точка Кюри) поляризация исчезает, происходит фазовый переход сегнетоэлектрика в неполярное состояние. Все сегнетоэлектрики - сильные пьезоэлектрики, они используются как пьезоэлектрические материалы.
Орфографический словарь
Словарь ударений
Новый словарь иностранных слов
сегнетоэле́ктрики
- материалы (сегнетова соль, титанат бария), обладающие высокой диэлектрической проницаемостью, среди диэлектриков занимают такое же положение, как ферромагнетики, среди магнитных материалов; примен. в акустике, электро- и радиотехнике.
Полезные сервисы
сегнетоэлектрические материалы
Энциклопедический словарь
СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ - СЕГНЕТОЭЛЕКТРИ́ЧЕСКИЕ МАТЕРИА́ЛЫ, диэлектрики (см. ДИЭЛЕКТРИКИ), в которых проявляется сегнетоэлектрический эффект, связанный с наличием в кристалле спонтанной поляризации (см. ПОЛЯРИЗАЦИЯ ДИЭЛЕКТРИКОВ), направление которой может быть изменено внешним электрическим полем, и обладающие рядом сопутствующих свойств (наличием фазового перехода, разбиением кристалла на области с различным направлением спонтанной поляризации - домены и т.д.). Сегнетоэлектрики (см. СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКИ), благодаря структурным фазовым превращениям, проявляют сегнетоэлектрические свойства лишь в определенном интервале температур и давлений.
Сегнетоэлектричество является достаточно широко распространенным явлением, и в настоящее время известно несколько сотен соединений, обладающих сегнетоэлектрическими свойствами. Группу сегнетоэлектрических материалов существенно расширяют и дополняют твердые растворы (см. ТВЕРДЫЕ РАСТВОРЫ) на основе различных соединений. Подобные растворы часто отличаются по своим свойствам от их ингредиентов. Сегнетоэлектрическими свойствами обладают кристаллы некоторых фосфатов и арсенатов, нитратов и солей глицина и бетаина, пропионатов и нитритов, двойных и сложных окислов, других соединений, содержащих почти все элементы таблицы Менделеева. Сегнетоэлектрические кристаллы характеризуются многообразием структурных типов и химического состава, что свидетельствует о различии молекулярных механизмов возникновения спонтанной поляризации.
По типу химической связи и физическим свойствам все кристаллические сегнетоэлектрики принято подразделять на две большие группы: ионные сегнетоэлектрические кристаллы (сегнетоэлектрики типа смешения) и дипольные сегнетоэлектрические кристаллы (упорядочивающиеся сегнетоэлектрики). Свойства ионных и дипольных сегнетоэлектриков существенно различаются.
Ионные сегнетоэлектрические кристаллы
Для структуры ионных сегнетоэлектриков характерно наличие кислородного октаэдра, благодаря чему эти сегнетоэлектрики называют сегнетоэлектриками кислородно-октаэдрического типа. Ионные сегнетоэлектрики имеют структуру элементарной ячейки типа перовскита CaTiO3 (см. структурные типы кристаллов (см. СТРУКТУРНЫЕ ТИПЫ КРИСТАЛЛОВ)). К ионным сегнетоэлектрикам относится титанат бария (см. БАРИЯ ТИТАНАТ) BaTiO3, титанат свинца PbTiO3, ниобат калия KNbO3, ниобат лития LiNbO3, танталат лития LiTaO3, йодат калия KIO3, ниобат лития LiNbO3, барий-натриевый ниобат (БАНАН) Ba2NaNb5O15 и др.
Все соединения кислородно-октаэдрического типа нерастворимы в воде, обладают значительной механической прочностью, легко получаются в виде поликристаллов по керамической технологии. Они представляют собой в основном кристаллы с преимущественно ионной связью (см. ИОННАЯ СВЯЗЬ). Спонтанная поляризация и фазовый переход диэлектрика из параэлектрического состояния в сегнетоэлектрическое происходит в результате смещения иона Ti4+ (или замещающего его) в объеме элементарной ячейки из центрального положения и деформации ячейки. При получении твердых растворов на основе таких кристаллов можно получать материал с широким диапазоном свойств. Например при изменении соотношения компонентов твердого раствора BaTiO3 и SrTiO3 диэлектрическая проницаемость изменяется от 2000 до 12000, а точка Кюри от 120оС (BaTiO3) до 250оС (Sr TiO3)
Дипольные сегнетоэлектрические кристаллы
У дипольных кристаллов сегнетоэлектриков имеются готовые полярные группы атомов, способные занимать различные положения равновесия. К дипольным сегнетоэлектрикам относятся сегнетова соль (см. СЕГНЕТОВА СОЛЬ) NaKC4H4O6.4H2O, триглицинсульфат NH2CH2COOH.H2SO4, дигидрофосфат калия KH2PO4, нитрит натрия NaNO2и др. Именно в кристаллах сегнетовой соли впервые были обнаружены особенности в поведении диэлектриков, обусловленные спонтанной поляризацией. Отсюда произошло название всей группы материалов со специфическими свойствами - сегнетоэлектрики.
Дипольные сегнетоэлектрики обладают высокой растворимостью в воде и малой механической прочностью. Растворимость сегнетовой соли в воде так велика, что ее кристаллы можно распилить с помощью влажной нити. Благодаря высокой растворимости в воде можно легко вырастить крупные монокристаллы этих соединений из водных растворов. Атомы в этих соединениях связаны между собой преимущественно ковалентной связью.
Подавляющее большинство сегнетоэлектриков первой группы имеет значительно более высокую температуру Кюри и большее значение спонтанной поляризованности, чем сегнетоэлектрики второй группы. У значительной части дипольных сегнетоэлектриков точка Кюри лежит намного ниже комнатной температуры.
Кристаллы ряда сегнето- и антисегнетоэлетриков (см. АНТИСЕГНЕТОЭЛЕКТРИКИ) обладают сильно выраженным электрооптическим эффектом (см. ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ).
Другие типы сегнетоэлектрических материалов
Сегнетоэлектрическими свойствами обладают также некоторые полупроводники и магнитоупорядоченные вещества. Сочетание различных свойств приводит к новым эффектам, например магнитоэлектрическим. Сегнетоэлектрические свойства обнаруживают не только твердые кристаллические вещества. Некоторые жидкие кристаллы (см. ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ) и полимерные материалы (см. ПОЛИМЕРЫ) тоже являются сегнетоэлектриками.
Сегнетоэлектрические жидкие кристаллы имеют сложную структуру молекул, обладающих спиральностью и поперечным дипольным моментом В смектических жидких кристаллах молекулярная структура такова, что молекулярные диполи соседних молекул благодаря стерическим взаимодействиям между молекулами ориентированы почти параллельно. Внешнее электрическое поле изменяет направление этих диполей на обратное за счет молекулярных вращений. Реализованы фазы, в которых дипольные моменты молекул в слоях чередуются так, что формируется своеобразная антисегнетоэлектрическая конфигурация молекул с дипольными моментами в соседних слоях, ориентированными в противоположных направлениях.
В полимере поливинилиденфториде молекулярные диполи, присоединенные к полимерному скелету, могут быть ориентированы в электрическом поле с образованием устойчивой решетки, обнаруживающей макроскопическую поляризацию.
Применение сегнетоэлектрических материалов
Сегнетоэлектрические материалы (монокристаллы, керамика, пленки) находят широкое применение. Благодаря большим значениям диэлектрической проницаемости их используют в качестве материала для конденсаторов высокой удельной емкости, малогабаритных конденсаторов. Большая диэлектрическая проницаемость вблизи Тк (например, в BaTiO3) представляет интерес с точки зрения применения в многослойных конденсаторах. Сегнетоэлектрики обладают пьезоэлектрическим эффектом и применяются для изготовления пьезоэлектрических преобразователей и излучателей ультразвука, в преобразователях звуковых сигналов в электрические и наоборот, в датчиках давления. Сильная температурная зависимость спонтанной поляризации (большая величина пироэлектрические константы) позволяет применять сегнетоэлектрики в приёмниках электромагнитных излучений переменной интенсивности в широком диапазоне длин волн. Благодаря сильной зависимости диэлектрической проницаемости сегнетоэлектриков от электрического поля их используют в нелинейных конденсаторах - варикондах (см. ВАРИКОНД). Сегнетоэлектрики применяются в качестве электрооптических материалов (см. ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ). Во внешнем электрическом поле изменяются преломляющие свойства сегнетоэлектрических кристаллов (компоненты тензора показателя преломления): это явление используется для управления световыми пучками, в оптических затворах, модуляторах и умножителях частоты лазерного излучения. Ниобат лития LiNbO3, обладающий большими электрооптическими коэффициентами, является одним из лучших материалов для интегральных оптических модуляторов. Кристалл КН2РО4 широко применяется для удвоения оптической частоты лазера. Из триглицинсульфата изготавливаются фотоприемники для инфракрасной области спектра.
Как правило, сегнетоэлектрики используются в виде сегнетокерамики (см. СЕГНЕТОКЕРАМИКА), преимуществами которой являются легкость изготовления, прочность, стабильность, возможность получения сложных конфигураций. Сегнетокерамика и полимеры используются в качестве пьезоэлектрических преобразователей, гидрофонов и измерительных преобразователей давления.
Полезные сервисы
сегнетоэлектрический
Орфографический словарь
Синонимы к слову сегнетоэлектрический
Морфемно-орфографический словарь
Полезные сервисы
сегнетоэлектричество
Энциклопедия Кольера
СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСТВО - электрический аналог ферромагнетизма. Подобно тому как в ферромагнитных веществах при помещении их в магнитное поле проявляется остаточная магнитная поляризация (момент), в сегнетоэлектрических диэлектриках, помещенных в электрическое поле, возникает остаточная электрическая поляризация.
См. также
МАГНИТЫ И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВА. Микроскопической причиной сегнетоэлектричества является наличие внутри вещества атомных (или молекулярных) диполей. Эти диполи ориентируются внешним электрическим полем и остаются ориентированными после снятия поля; переключение направления поля на противоположное приводит к обратной ориентации диполей. Принципиальное отличие сегнетоэлектричества от ферромагнетизма состоит в том, что свободные электрические заряды могут экранировать электрические поля, создаваемые электрическими диполями, а это затрудняет прямое наблюдение статической поляризации. Поляризацию обычно измеряют по так называемой петле гистерезиса. Образец помещают между пластинами конденсатора, на которые подается переменное напряжение E. На экране осциллографа регистрируется кривая зависимости заряда, возникающего на пластинах, а тем самым и электрической поляризации (поскольку заряд, отнесенный к единице площади поверхности пластин, является мерой вектора электрической поляризации P), от напряжения (поля) E. Петля гистерезиса, представленная на рис. 1, характеризуется двумя величинами: остаточной поляризацией P (любого знака), имеющейся даже при нулевом поле E, и коэрцитивным полем Ec, при котором вектор поляризации изменяет направление на обратное. Площадь петли гистерезиса равна работе электрических сил, затрачиваемой в пределах одного цикла перехода сегнетоэлектрика между двумя эквивалентными состояниями поляризации противоположного знака.
Рис.
1. ПЕТЛЯ ГИСТЕРЕЗИСА ДЛЯ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКА, демонстрирующая характерную связь между вектором поляризации P и электрическим полем E; Ec - коэрцитивное поле, при котором вектор поляризации меняет направление на обратное.
Хотя образование петли гистерезиса является свидетельством наличия сегнетоэлектричества, во многих сегнетоэлектрических веществах она возникает лишь при определенных условиях, а иногда и вообще не наблюдается. Подобные трудности характерны для электропроводящих веществ, материалов с высокими диэлектрическими потерями и очень большими коэрцитивными полями. В этих случаях для выявления сегнетоэлектричества используются другие эффекты, в частности пироэлектрический эффект (зависимость вектора поляризации от температуры), зависимость диэлектрической проницаемости от температуры, наличие доменной структуры (см. ниже), особенности кристаллической структуры и динамики решетки. См. также КРИСТАЛЛЫ И КРИСТАЛЛОГРАФИЯ. Первым веществом, в котором было обнаружено сегнетоэлектричество, была сегнетова соль KNaC4H4O6*4H2O. Аналогия между диэлектрическими свойствами этого вещества и ферромагнитными свойствами железа была установлена Дж.Валашеком (США) в 1920. Ему же удалось определить и температуру Кюри Tc как температуру перехода, при которой в сегнетовой соли возникает упорядоченная поляризация. Выше этой температуры дипольное упорядочение, а вместе с ним и сегнетоэлектричество, отсутствуют. Ряд сегнетоэлектрических кристаллов был впервые получен в 1935 в Цюрихе Г.Бушем и П.Шеррером. В качестве исходного был взят кристалл дигидрофосфата калия KH2PO4. Изоморфные с ним кристаллы, в которые вместо фосфора и водорода входят мышьяк и дейтерий, тоже обнаруживали сегнетоэлектрические свойства. Соединения аммония же (например, NH4H2PO4) не становились сегнетоэлектрическими ниже температуры Кюри, и спустя 20 лет было установлено, что они являются антисегнетоэлектриками. Это означает, что чередующиеся диполи таких кристаллов ориентируются антипараллельно друг другу (подобно магнитным моментам в антиферромагнетике). До 1943 считалось, что содержание водорода в известных сегнетоэлектриках является непременным условием сегнетоэлектричества. Л.Онсагер и Дж.Слэтер в 1939 предположили, что в кристалле КН2РО4 носителями сегнетоэлектрических свойств являются ионы водорода, смещенные из положения равновесия и упорядочивающиеся при температуре ниже Тс. Однако после открытия в 1945 Б.М.Вулом и И.М.Гольдманом сегнетоэлектричества в титанате бария BaTiO3 стало ясно, что наличие или отсутствие атомов водорода несущественно для сегнетоэлектричества. Выяснилось также, что явление сегнетоэлектричества распространено значительно шире, чем было принято считать ранее; в частности, оно возможно и в сравнительно простых кристаллических структурах. Вслед за титанатом бария в короткий срок было открыто много других сегнетоэлектриков, и в настоящее время их известно более 340. Кристаллическая структура BaTiO3 изображена на рис. 2. Она достаточно проста для исследования методом рентгеноструктурного анализа и дала первую детальную картину атомных смещений, сопутствующих установлению сегнетоэлектричества. Выше температуры Кюри Тс (135° С) кристалл имеет объемно-центрированную кубическую решетку. При температуре, равной Тс, ион титана скачком смещается вдоль одной из осей куба (рис. 3), в результате чего возникает тетрагональная структура. Соседние ионы титана смещаются в том же направлении, что и приводит к появлению макроскопической поляризации, т.е. сегнетоэлектричеству. При температурах ниже комнатной по мере того, как ионы Ti смещаются вдоль других осей куба, происходят два дальнейших фазовых перехода в орторомбическую и ромбоэдрическую структуры. Было выявлено много соединений, обладающих подобной простой структурой перовскита или близкой к ней, и найдены важные технические применения. Температура Кюри и другие сегнетоэлектрические характеристики существенно зависят от состава таких соединений.
Рис. 2. КРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ РЕШЕТКА ТИТАНАТА БАРИЯ, элементарная ячейка. При поляризации кристалла ионы титана и кислорода смещаются из своих позиций.
В кубической структуре шесть главных направлений вдоль ребер куба эквивалентны друг другу, а потому понятие тетрагонального искажения в равной мере пригодно по отношению к любому из них. В только что выращенном кристалле отдельные области, "домены", имеют разные направления поляризации. Эти домены часто выявляются в поляризованном свете, поскольку оптические свойства домена обладают той же симметрией, что и локальная кристаллическая структура. Ширина границ между доменами ("доменных стенок"), как правило, не превышает нескольких элементарных ячеек. Если к многодоменному кристаллу приложить электрическое поле (превышающее Ec), то домены, ориентированные вдоль поля, будут расти (вследствие смещения доменной стенки) за счет ориентированных против поля. В итоге весь кристалл превращается в один домен с однородными оптическими свойствами. Обращение вектора поляризации тоже сопровождается смещением доменной стенки. Поскольку многие сегнетоэлектрические соединения обладают сходными структурами, можно образовать твердые растворы из двух или более таких веществ. Подобные растворы часто отличаются по своим свойствам от их ингредиентов; в частности, точка Кюри оказывается размытой, так что сегнетоэлектрический переход происходит постепенно в широком диапазоне температур и диэлектрическая проницаемость в этом диапазоне обнаруживает сложное поведение релаксационного характера. Такие переходы обычно называют диффузными, и соответствующие микроскопические процессы весьма интенсивно исследуются. Другие структуры, например композиционные материалы на основе сегнетоэлектриков и полимеров или стекол, часто сохраняют ценные качества своих ингредиентов. Примером могут служить гибкие сегнетоэлектрики, сегнетоэлектрики с большой сжимаемостью, а также многослойные структуры с большой электрической емкостью (способностью к накоплению заряда). Подобные композиционные материалы возможны по той причине, что из многих сегнетоэлектриков (например, BaTiO3 и цирконата-титаната свинца PZT) можно без труда изготовить поликристаллические керамики, а будучи отлиты в сложные формы, они обычно в значительной мере сохраняют сегнетоэлектрические свойства массивного материала. Сегнетоэлектрические свойства обнаруживают не только твердые кристаллические вещества. Некоторые жидкие кристаллы и полимерные материалы тоже являются сегнетоэлектриками. В смектических жидких кристаллах молекулярная структура такова, что киральные центры (молекулярные диполи) соседних молекул благодаря стерическим взаимодействиям между молекулами ориентированы почти параллельно. Внешнее электрическое поле изменяет направление этих диполей на обратное за счет молекулярных вращений. В полимере поливинилиденфториде PVF2 молекулярные диполи, присоединенные к полимерному скелету, могут быть ориентированы в электрическом поле с образованием устойчивой решетки, обнаруживающей макроскопическую поляризацию. Такие материалы весьма перспективны для многих видов применения. См. также
ЖИДКОСТЕЙ ТЕОРИЯ. Первые теории сегнетоэлектричества относились лишь к небольшому числу известных тогда конкретных кристаллических структур. Теория Слэтера (1950), основанная на гипотезе дальнодействующих дипольных сил, была успешно применена к описанию BaTiO3. Феноменологические теоретические модели, развитые А.Девонширом и В.Л.Гинзбургом, оказались вполне пригодными для описания поведения сегнетоэлектрической и несегнетоэлектрической фаз, а также для интерпретации теплового, упругого и электрического поведения материалов вблизи сегнетоэлектрического фазового перехода. В 1960 Ф.Андерсон и В.Кохран установили, что эта теория может быть построена на основе понятий динамики решетки. В частности, они ввели термин "мягкие моды" для движений ионов всех атомов, принимающих участие в переходах типа смещения. С 1960-х годов такой подход стал доминирующим в теории сегнетоэлектричества и использовался для описания всех типов сегнетоэлектрической неустойчивости.
Рис. 3. КРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ РЕШЕТКА ТИТАНАТА БАРИЯ (проекция на грань куба). Смещение атомов титана и кислорода из нормальных положений преувеличено для иллюстрации ионной деформации, ведущей к сегнетоэлектричеству. Смещения указаны в ангстремах.
Применения. Сегнетоэлектрические материалы широко изучались в перспективе разнообразных применений. Достаточно привести лишь несколько примеров. Большая диэлектрическая проницаемость вблизи Тс (например, в BaTiO3) представляет интерес с точки зрения применения в многослойных конденсаторах. Ниобат лития (LiNbO3), обладающий большими электрооптическими коэффициентами, - наилучший материал для интегральных оптических модуляторов и дефлекторов. Тонкие пленки из цирконата-титаната свинца и лантана (PLZT) активно изучаются с целью создания энергозависимых микроэлектронных ЗУ с применением кремниевой технологии. (Бистабильная поляризация - идеальная основа для двоичных ячеек памяти.) Кристалл КН2РО4 широко применяется для удвоения оптической частоты лазера. Из триглицинсульфата (TGS) изготавливаются фотоприемники для инфракрасной области спектра. Сегнетоэлектрическая керамика и полимеры используются в качестве пьезоэлектрических преобразователей, гидрофонов и измерительных преобразователей давления. Успехи в этих и других технических приложениях будут определяться достижениями в области обработки материалов и выращивания кристаллов сегнетоэлектриков высокого качества.
См. также ФИЗИКА ТВЕРДОГО ТЕЛА.
ЛИТЕРАТУРА
Струков Б.А., Леванюк А.П. Физические основы сегнетоэлектрических явлений в кристаллах. М., 1995