Смекни!
smekni.com

Материаловедение Методичка для заочников (стр. 9 из 11)

Основними параметрами магнітотвердих матеріалів є їх максимальна питома енергія {В • Н/2)^ , що лежить у межах1 - 200кДж/м3 ; коерцитивна сила Не (100 - 700кА/м);залишкова індукція Вз. Найбільш поширеним магнітотвердим матеріалом є сплави Ре-Мі-АІ і Ре-Мі-АІ-Со. Приблизно 80 % застосовуваних магнітотвердих матеріалів складаються з зазначених компонентів. Високі магнітні параметри цих матеріалів зв'язують із багатофазністю твердого стану. При цьому, змінюючи технологічні умови отримання матеріалу, вдається керувати фазовим складом і отже впливати на магнітнівластивості. Подальше підвищення магнітних характеристик сплавів пов'язують із введенням у матеріал різноманітних домішок.

Найважливішим здобутком зазначених сплавів є їх висока температурна стабільність. Ці матеріали зберігають свою працездатність аж до 773 К без істотної зміни властивостей. До недоліків цих речовин відносять їх занижені механічні властивості, такі як висока твердість і крихкість. Останнє істотно ускладнює їх механічне опрацювання. В даний час ведуться роботи з поліпшення технологічних властивостей матеріалів шляхом введення різного роду пластифікаторів.

З магнітними параметрами магнітотвердих і магнітом'яких матеріалів можна познайомитись у відповідній довідковій літературі.

5.2. ПІРО-, П'ЄЗО-1 СЕГНЕТОЕЛЕКТРИКИ

Серед діелектричних матеріалів в особливий клас варто виділити матеріали, які спроможні поляризуватися самодовільно, спонтанно. Спонтанна поляризація є слідством просторового поділу центрів мас позитивних і негативних зарядів в елементарній комірці кристалічної ґратки матеріалу. Якщо кристал тривалий час знаходиться при постійних умовах, то зовнішньо спонтанна поляризація не виявляється, тому що існуюче в діелектрику поле компенсується вільними зарядами всередині матеріалу або ж зарядами, адсорбованими на поверхні. При зміні ж зовнішніх параметрів стану цих матеріалів на гранях кристала з'являється електрична напруга. Так, при зміні температури кристалу тригліцинсульфата розміром 1 х 1 х 1 (уи на 1К на гранях, перпендикулярнихполярній осі, виникає напруга до 2-103В. Електризаціядіелектрика при зміні температури називається піроелектричним ефектом, а матеріали, у котрих цей ефект виражений найбільш чітко піроелектриками.

Необхідно відзначити, що електричне поле виникає тільки при зміні температури, і воно зникає в ізотермічному режимі. Така поведінка системи цілком з'ясована з погляду законузбереження енергії. Дійсно, створити електричне поле, не виконуючи над системою роботи, принципово неможливо.

З приведеного приклада очевидно, що піроелектрики виявляють високу чутливість до теплових впливів (точність визначення температури за допомогою піроелектрика до 10~5 К ). Ця їх властивість широко використовується в техніцідля створення перетворювачів теплової енергії в електричну. В даний час створені приймачі теплового випромінювання з високою винахідливою спроможністю, детектори потужних і коротких температурних імпульсів. Піроелектрики дозволяють здійснити візуалізацію інфрачервоних зображень. Найбільш піроактивними матеріалами з відомих діелектриків є полівінілфторид і полівінілліденфторид.

Матеріали, спроможні поляризуватися під дією механічних напруг у відсутності зовнішнього поля називають п'єзоелектриками, а фізичне явище поляризації, що супроводжує деформацію, - п'єзоефектом. Його причиною служить зсув позитивних і негативних іонів або фрагментів молекул у кристалах, де відсутній центр симетрії. Відомий прямий та обернений п'єзоефект. Під прямим п'єзоефектом розуміють появу електричних зарядів на гранях кристалу, що знаходиться під дією зовнішньої механічної напруги. Обернений - традиційно пов'язують із деформацією діелектрика в зовнішньому електричному полі. Таким чином, п'єзоефект є оборотним явищем.

Кількісною мірою п'єзоефекту є п'єзомодуль сі - коефіцієнт пропорційності між поляризованістю Р (електричною індукцією) діелектрика і механічною напругою о: Р=сіа, де сі - п'єзомодуль. Середнє значення п'єзомодуля в кращих зразках п'єзоелектриків знаходиться на рівні 10""10Кл/Н .

Традиційним матеріалом для п'єзоелементів є кварц. На основі кварцових монокристалів виготовляють багато компонентів нового напрямку в електроніці - акустоелектроніки. Акустоелектронні пристрої дозволяють генерувати і приймати ультразвукові сигнали, служити стабілізаторами частоти, різного роду фільтрами, лініями затримки, виконувати перетворення сигналів: змінювати їх тривалість, зсув фаз, виконувати кореляційні операції і т.д.

Найбільш повно в мікроелектроніці п'єзоефект реалізується в приладах на поверхнево активних хвилях (ПАХ). Планарна конструкція приладів на ПАХ, їх технологічна сумісність з інтегральними мікросхемами, мініатюрність надає великі можливості акустоелектроніці. Для підвищення ефективності функціонування приладів на ПАХ дослідники усе більше приділяють увагу крім діелектриків і широкозонним напівпровідниковим сполукам. Зокрема, напівпровідниковими п'єзоелектриками є сполуки типу А^6 - Са8е, СсіТе, і А^5 -ОаАз, ОаР і т.д.

Серед піроелектриків існують діелектрики, вектор спонтанної поляризації яких під дією електричного поля змінює свій напрямок. Такі матеріали виділяють в особливу групу -сегнетоелектрики. Електричне поле, що створюється в комірці кристалічної ґратки сегнетоелектрика, настільки велике, що існування однодоменного стану кристала виявляється енергетичне невигідним. Це призводить до утворення в матеріалі доменної електричної структури, подібної тій, що характерна для феромагнетиків. Слід зазначити, що з утворенням електричних доменів кристал як би розпадається на мікродільниці з піроелектричними властивостями, проте в макромасштабі піроелектричний ефект виявляється нівельованим через різноманітну орієнтацію векторів індукції кожного домена. У цьому відношенні, тобто у мікроскопічному наближенні, сегнетоелектрик одночасно є піро- і п'єзоелектриком. Тому в належних умовах вони є найбільш універсальними активними, тобто спроможними перетворювати енергію з одного виду в інший, діелектриками.

Доменна структура сегнетоелектриків надає йому зовнішньої подібності з феромагнетиками з усіма слідствами, що звідси випливають. Для сегнетоелектриків типовий електричний гістерезіс, тобто відставання поляризації від напруженості електричного поля, що її викликає. Причина його появи та ж, що й у магнітного гістерезісу - додаткові витрати на зсув і обертання доменів. Як і у феромагнетиків для сегнетоелектриків характерне високе значення діелектричної проникності (до10000) і її залежність від напруженості поля, частоти і температури. Сегнетоелектрики мають точку Кюрі, при котрій доменна структура зникає. Відзначимо, що типові значення температур Кюрі у сегнетоелектриків знаходяться в інтервалі 373 - 473 К. Це означає невисоку стабільність їх параметрів при звичайних умовах. За параметрами петлі гістерезісу сегнетоелектрики розділяють на сегнетом'які і сегнетотверді.

Незважаючи на зовнішню подібність у поведінці сегнетоелектриків і феромагнетиків в електричному і магнітних полях відповідно, необхідно брати до уваги принципове розходження у фізичних процесах, відповідальних за ці явища. Дійсно, у сегнетоелектриках поява в матеріалі областей із спонтанною поляризацією обумовлена зміною кристалічної структури (фазовий перехід другого роду) при температурі Кюрі. У феромагнетиках же домени є слідством обмінної взаємодії й орієнтації магнітних моментів атомів в об'ємі одного окремо взятого домена, а не всієї ґратки.

Найбільш досліджувані сегнетоелектрики зі структурою піровскіта - твердих розчинів оксидів виду АВОз, де А -двовалентні метали Ва, Са, 5г, РЬ; В - чотиривалентні метали Ті, 2г; О - кисень. Кращі параметри в даний час досягнуті з використанням твердих розчинів на основі ВаТіОз, властивості яких можна змінювати, керуючи їх композиційним складом. Ці матеріали отримують по керамічній технології, що набагато простіше і дешевше технології отримання монокристалічного стану.

5.3. НАДПРОВІДНИКИ

Явище надпровідності полягає в тому, що при зниженні температури в ряді речовин спостерігається стрибкоподібне падіння електричного опору як мінімум на 10-12 порядків, тобто практично до нуля. Це означає, що створений у надпровідному колі електричний струм буде протікати нескінченно довго.

Надпровідність чисто квантове явище. Цікаво, що її теоретичне обгрунтування було отримане через 50 років після експериментального відкриття. В основі квантових уявлень теорії надпровідності лежить припущення про існування в цьому стані інтенсивної взаємодії виду електрон-фонон-електрон. У рамках класичних уявлень це означає утворення у надпровіднику електронних пар - куперовських пар. Електрон при своєму русі поляризує найближчий атом кристалічної ґратки. Електричний диполь, що утворюється при цьому, діє за допомогою свого поля на інший електрон. З розумінь симетрії очевидно, що інший електрон також взаємодіє з граткою і по суті діє на перший електрон. У такий спосіб через гратку (фонон) здійснюється взаємозв'язок між двома електронами, і рух електронних хвиль у періодичному полі ґратки виявляється взаємозалежним, узгодженим. Характерний розмір електронної пари виявляється на декілька порядків більше періоду кристалічної ґратки. Тоді розсіювання і руйнація пар є енергетичне невигідним процесом. Іншими словами, весь електронний ансамбль у надпровіднику рухається узгоджено, не взаємодіючи з граткою. Це і відображається в різкому падінні електричного опору.