Механика электромагнитных сплошных сред - Можен М.
ISBN 5-03002227-9
Скачать (прямая ссылка):
и отрицательным (Ь) знаком дипольного момента.
электрическом поле эти кристаллы могут попасть в фазу сегнетоэлектрика, и
это объясняет, почему они имеют двойную петлю гистерезиса типа "ба-
Рис. 1.4.6. Петля гистерезиса для анти- При некоторой температу-
сегнетоэлектрика. pg НаобороТ; спонтанная
деформация приводит к появлению спонтанной поляризации.
Магнитосегнетоэлектрики, например (Ni - I)-борацит и некоторые магнитные
соединения со свойствами сегнетоэлектрика, такие, как смеси
ВаТлОзЗго.зЬао.тМпОз с концентрацией ВаТЮз 75-100 мольных процентов,
имеют одновременно как структуру из упорядоченных электрических диполей,
так и из упорядоченных магнитных диполей (§ 1.7). Они могут изменять
направление намагниченности в электрическом поле и поляризации в
магнитном поле.
Сегнетоэлектрики-сегне-тоупругие кристаллы, такие, как неправильный се-
гнетоэлектрик молибдат гадолиния (Gd2(Mo04)3, Ос = = 432°К),- испытывают
спонтанную . деформацию
бочка" (рис. 1.4.6).
Большинство сегнетоэлектриков в чистом виде является диэлектриками с
сопротивлением более 109 Ом-м. Однако присадка и специальная обработка
могут снизить сопротивление
§ 1.5. Электрострикция и пьезоэлектричество
35
сегнетоэлектрика настолько, что он станет сегнетоэлектриком-
полупроводником. Некоторые сегнетоэлектрики, такие, как РЬТЮз, являются
таковыми в своем естественном виде; они имеют такие оригинальные
свойства, как рост сопротивления с температурой при прохождении от фазы
сегнетоэлектрика к фазе параэлектрика (так называемый позисторный
эффект), лежащий в основе механизма действия термочувствительных
резисторов.
Благодаря своим характерным особенностям сегнетоэлектрики широко
применяются для изготовления очень малых конденсаторов с удивительно
большой емкостью, нелинейных конденсаторов с управляемой емкостью,
частотных умножителей, стабилизаторов напряжения, модуляторов,
диэлектрических усилителей и т. д. Наличие остаточной поляризации с той
или иной полярностью позволяет организовать хранение двоичной информации
в памяти компьютера. Устройства памяти создаются из сегнетоэлектриков,
отличающихся квазипрямоуголь-ной петлей гистерезиса, малым временем
переключения (т. е. временем, необходимым для перемены направления
спонтанной поляризации), высокой остаточной поляризацией и малой
коэрцитивной силой. Дополнительные сведения о сегнетоэлектри-ках и их
фазовых переходах читатель может найти в более обстоятельных монографиях
[Grindlay, 1970; Kittel, 1971-; Ландау и Лифшиц, 1982; Lines, Glass,
1977; Желудев, 1968].
Для полноты мы упомянем и электреты (термин, введенный О. Хевисайдом в
1896 г.) - диэлектрики, длительное время сохраняющие поляризацию после
того, как электрическое поле, создавшее эту поляризацию, исчезло;
электреты в окружающем пространстве создают электростатическое поле.
Некоторые керамики, как MgTЮз, -- электреты; подробней об электретах см.
работу [Sessler, 1980].
§ 1.5. Электрострикция и пьезоэлектричество
При рассмотрении способности кристалла к поляризации, например ионного
кристалла NaCl (рис. 1.5.1), относительное перемещение решеток из
отрицательно и положительно заряженных ионов рассматривается в первом
порядке-, из баланса сил в новом положении выводится величина
равновесного перемещения. Если учесть эффекты второго порядка малости, то
оказывается, что продольный сдвиг двух систем ионов приводит к появлению
поперечных компонент силы и как следствие к слабому поперечному сжатию
кристалла. А это в свою очередь делает возможным растяжение кристалла
вдоль поля. При обращении поля деформация кристалла не меняется. Это
явление называется электрострикцией и свойственно всем
3*
36 Гл. 1. Основные электрические и магнитные свойства твердых тел
твердым диэлектрикам. Оно не зависит от знака электрического поля.
Если кристалл имеет центр симметрии для составляющих его зарядов (случай
NaCl), то он не имеет взаимных эффектов в том смысле, что механическая
деформация образца не приводит к появлению поляризации. Это ясно из того,
что приложенные механические силы действуют на элемент массы и не
выделяют тот или другой тип заряда. Не все кристаллы имеют центр
симметрии; для кристаллов из кристаллических классов, не имеющих центра
симметрии (например, кварц и соль Рошеля), существует явление
пьезоэлектричества (от греческого pie-zein - давить), открытое в 1880 г.
Пьером и Жаком Кюри. Такие кристаллы имеют большое практическое значение
из-за возможности преобразования механической энергии в электрическую и
обратно. Возникновение поляризации из-за деформации называется прямым
пьезоэлектрическим эффектом, а появление деформации, линейно зависящей от
электрического поля,- обратным пьезоэлектрическим эффектом. Среди
практических приложений пьезоэффекта можно найти кристаллический адаптер
фонографа, стабильные источники частоты и источники ультразвуковых
колебаний (преобразователи). Последнее применение предложено французским
