مواد دیالکتریک و فروالکتریک
مواد دیالکتریک و فروالکتریک عایقهایی هستند که در یک میدان الکتریکی قطبی میشوند؛ فروالکتریکها علاوه بر این دارای قطبش خودبهخودی هستند که قابل تغییر است و به آنها گذردهی بالا، جفتشدگی پیزوالکتریک و رفتار حافظهای میبخشد.
Definition
دیالکتریک مادهای عایق است که در یک میدان اعمالی، قطبش الکتریکی ایجاد میکند؛ فروالکتریک یک دیالکتریک با قطبش خودبهخودی است که از ساختار غیرمرکزمتقارن ناشی میشود و میتواند توسط یک میدان خارجی معکوس شود.
Scope
این موضوع به شیمی عایقهای قطبیپذیر میپردازد: مکانیسمهای قطبش دیالکتریک و گذردهی، الزامات تقارن برای پیزوالکتریسیته، و قطبش خودبهخودی و قابل تغییر فروالکتریکها که با تیتاناتهای پروسکایت مانند باریوم تیتانات مثال زده میشوند. این موضوع گذار کوری بین حالتهای فروالکتریک و پاراالکتریک، دامنهها و هیسترزیس، و چگونگی تنظیم ترکیب این اکسیدها برای خازنها، محرکها، حسگرها و حافظهها را بررسی میکند.
Core questions
- چه مکانیسمهایی به یک دیالکتریک گذردهی آن را میدهند؟
- چه تقارن بلوری برای پیزوالکتریسیته و فروالکتریسیته لازم است؟
- قطبش خودبهخودی چگونه در یک فروالکتریک ایجاد و تغییر میکند؟
- گذار کوری چگونه حالتهای فروالکتریک و پاراالکتریک را به هم پیوند میدهد؟
Key concepts
- گذردهی دیالکتریک
- قطبش الکترونیکی، یونی و دوقطبی
- پیزوالکتریسیته
- قطبش خودبهخودی
- دمای کوری
- دامنههای فروالکتریک و هیسترزیس
Key theories
- مکانیسمهای قطبش و گذردهی
- یک میدان اعمالی، بار را در یک دیالکتریک از طریق قطبش الکترونیکی، یونی و دوقطبی جابجا میکند، انرژی را ذخیره میکند و ظرفیت مؤثر را افزایش میدهد؛ بزرگی و پاسخ فرکانسی گذردهی نشاندهنده مکانیسمهای فعال است.
- فروالکتریسیته از اعوجاج قطبی
- زیر دمای کوری، پروسکایتهایی مانند تیتانات باریوم ساختار غیرمرکزمتقارن با قطبش خودبهخودی و قابل تغییر را اتخاذ میکنند؛ اعوجاج حالت نرم مرتبط، گذردهی بسیار بالا و جفتشدگی پیزوالکتریک مورد استفاده در دستگاهها را فراهم میکند.
Mechanisms
در پروسکایتهای فروالکتریک، یک جابجایی کوچک خارج از مرکز کاتیون یک دوقطبی ایجاد میکند؛ زیر دمای کوری، این دوقطبیها در دامنهها همراستا میشوند و قطبش خودبهخودی ایجاد میکنند، و یک میدان اعمالی دامنهها را بازآرایی میکند و حلقه هیسترزیس و کرنش پیزوالکتریک قوی مورد استفاده در دستگاهها را تولید میکند.
Clinical relevance
مواد دیالکتریک و فروالکتریک زیربنای خازنهای سرامیکی چندلایه، حسگرهای پیزوالکتریک، محرکها و مبدلهای اولتراسوند، دیالکتریکهای گیت فروالکتریک و با گذردهی بالا در میکروالکترونیک، و حافظههای فروالکتریک غیرفرار هستند، که ترکیب آنها برای تنظیم گذردهی، دمای کوری و جفتشدگی انتخاب میشود.
History
پیزوالکتریسیته توسط برادران کوری در سال ۱۸۸۰ کشف شد و فروالکتریسیته برای اولین بار در نمک روشل در دهه ۱۹۲۰ شناسایی شد. کشف فروالکتریسیته در تیتانات باریوم در زمان جنگ، و مطالعات ساختاری مگاو در مورد اعوجاج پروسکایت آن، فروالکتریکهای اکسیدی را که اکنون بر خازنهای الکتروسرامیک و دستگاههای پیزوالکتریک غالب هستند، تثبیت کرد.
Key figures
- Jacques Curie
- Pierre Curie
- Helen Megaw
Related topics
Seminal works
- moulson2003
- callister2018
Frequently asked questions
- تفاوت بین دیالکتریک و فروالکتریک چیست؟
- همه فروالکتریکها دیالکتریک هستند، اما یک دیالکتریک معمولی فقط زمانی که میدان اعمال میشود قطبی میشود و با حذف میدان به قطبش صفر بازمیگردد. یک فروالکتریک حتی بدون میدان نیز دارای قطبش خودبهخودی است و این قطبش میتواند بین جهتگیریهای پایدار تغییر کند و حافظه و هیسترزیس ایجاد کند.
- چرا یک فروالکتریک با گرم شدن خواص ویژه خود را از دست میدهد؟
- بالاتر از دمای کوری، یک فروالکتریک به یک ساختار پاراالکتریک با تقارن بالاتر و مرکزمتقارن تبدیل میشود که در آن اعوجاج قطبی ناپدید میشود. بدون قطبش خودبهخودی، رفتار فروالکتریک و پیزوالکتریک تا زمانی که ماده دوباره به زیر نقطه کوری سرد شود، از بین میرود.