المواد العازلة للكهرباء والمواد الفيروكهربائية
المواد العازلة للكهرباء والمواد الفيروكهربائية هي عوازل تستقطب في مجال كهربائي؛ وتمتلك الفيروكهربائيات بالإضافة إلى ذلك استقطابًا تلقائيًا يمكن تبديله، مما يمنحها سماحية عالية، واقترانًا كهرضغطيًا، وسلوك ذاكرة.
Definition
العازل الكهربائي هو مادة عازلة تُحدث استقطابًا كهربائيًا في مجال مطبق؛ والفيروكهربائي هو عازل كهربائي ذو استقطاب تلقائي، ينشأ من بنية غير مركزية التناظر، ويمكن عكسه بواسطة مجال خارجي.
Scope
يغطي هذا الموضوع كيمياء العوازل القابلة للاستقطاب: آليات الاستقطاب العازل والسماحية، ومتطلبات التناظر للكهرضغطية، والاستقطاب التلقائي القابل للتبديل للمواد الفيروكهربائية كما يتضح في تيتانات البيروفسكايت مثل تيتانات الباريوم. ويتناول انتقال كوري بين الحالتين الفيروكهربائية والباراكهربائية، والمجالات والتخلفية، وكيفية ضبط التركيب لهذه الأكاسيد للمكثفات، والمشغلات، والمستشعرات، والذواكر.
Core questions
- ما هي الآليات التي تمنح العازل الكهربائي سماحيته؟
- ما هو التناظر البلوري المطلوب للكهرضغطية والفيروكهربائية؟
- كيف ينشأ الاستقطاب التلقائي ويتبدل في الفيروكهربائي؟
- كيف يربط انتقال كوري بين الحالتين الفيروكهربائية والباراكهربائية؟
Key concepts
- السماحية العازلة
- الاستقطاب الإلكتروني والأيوني وثنائي القطب
- الكهرضغطية
- الاستقطاب التلقائي
- درجة حرارة كوري
- المجالات الفيروكهربائية والتخلفية
Key theories
- آليات الاستقطاب والسماحية
- يُحدث مجال مطبق إزاحة للشحنة في العازل من خلال الاستقطاب الإلكتروني والأيوني وثنائي القطب، مما يخزن الطاقة ويزيد من السعة الفعالة؛ ويعكس حجم واستجابة التردد للسماحية الآليات التي تعمل.
- الفيروكهربائية من تشوه قطبي
- تحت درجة حرارة كوري، تتبنى البيروفسكايت مثل تيتانات الباريوم بنية غير مركزية التناظر مع استقطاب تلقائي قابل للتبديل؛ ويمنح التشوه المرتبط بالنمط اللين سماحية عالية جدًا والاقتران الكهرضغطي المستغل في الأجهزة.
Mechanisms
في البيروفسكايت الفيروكهربائي، يُحدث إزاحة صغيرة خارج المركز للكاتيون ثنائي القطب؛ وتحت درجة حرارة كوري، تتراصف هذه الثنائيات القطبية في مجالات، مما يعطي استقطابًا تلقائيًا، ويعيد المجال المطبق توجيه المجالات، مما ينتج حلقة التخلفية والإجهاد الكهرضغطي القوي المستخدم في الأجهزة.
Clinical relevance
تُعد المواد العازلة للكهرباء والمواد الفيروكهربائية أساس المكثفات السيراميكية متعددة الطبقات، والمستشعرات الكهرضغطية، والمشغلات، ومحولات الموجات فوق الصوتية، والعوازل البوابية الفيروكهربائية وعالية السماحية في الإلكترونيات الدقيقة، والذواكر الفيروكهربائية غير المتطايرة، مع اختيار التركيب لضبط السماحية ودرجة حرارة كوري والاقتران.
History
اكتشف الأخوان كوري الكهرضغطية في عام 1880، وتم التعرف على الفيروكهربائية لأول مرة في ملح روشيل في عشرينيات القرن الماضي. وقد أدى اكتشاف الفيروكهربائية في تيتانات الباريوم خلال الحرب، ودراسات ميغاو الهيكلية لتشوه البيروفسكايت، إلى ترسيخ الأكاسيد الفيروكهربائية التي تهيمن الآن على المكثفات الكهروخزفية والأجهزة الكهرضغطية.
Key figures
- Jacques Curie
- Pierre Curie
- Helen Megaw
Related topics
Seminal works
- moulson2003
- callister2018
Frequently asked questions
- ما الفرق بين العازل الكهربائي والفيروكهربائي؟
- جميع الفيروكهربائيات هي عوازل كهربائية، لكن العازل الكهربائي العادي يستقطب فقط أثناء تطبيق المجال ويعود إلى استقطاب صفري عند إزالته. بينما يمتلك الفيروكهربائي استقطابًا تلقائيًا حتى بدون مجال، ويمكن تبديل هذا الاستقطاب بين اتجاهات مستقرة، مما يمنح الذاكرة والتخلفية.
- لماذا يفقد الفيروكهربائي خصائصه الخاصة عند تسخينه؟
- فوق درجة حرارة كوري، يتحول الفيروكهربائي إلى بنية باراكهربائية ذات تناظر أعلى ومركزية التناظر حيث يختفي التشوه القطبي. ومع عدم وجود استقطاب تلقائي، تختفي السلوكيات الفيروكهربائية والكهرضغطية حتى يتم تبريد المادة مرة أخرى تحت نقطة كوري.