Учебное пособие по материалке от Дистанционщиков (540408), страница 32
Текст из файла (страница 32)
При низких температурах наиболее подходящим является танталат калия,имеющий при гелиевых температурах весьма низкие диэлектрические потери, а принормальных температурах – вариконды типов ВК-7 и ВК-8 .В заключение отметим положительные свойства параэлектриков, служащихосновой построения всевозможных интегральных элементов и функциональныхустройств (по В.Н. Алфееву):• аномально высокое значение ε при малых потерях;• высокая крутизна ε(E);• отсутствие дисперсии в широком спектре частот;• сильная температурная зависимость ε(E) вблизи температуры фазовогоперехода (Tк);• резонансное поглощение волн ИК-диапазона на частотах длинноволновыхпоперечно-оптических колебаний;• сверхпроводимость в легированных параэлектриках;• объемный размерный резонанс;• электронный и акустический параэлектрический резонансы;• высокая динамическая нелинейность;• симметричная зависимость ε(E) и др.125ПироэлектрикиК активным диэлектрикам относятся п и р о э л е к т р и к и, т.е.
диэлектрики,обладающие пироэлектрическим эффектом. Пироэлектрический эффект состоит визмененииспонтаннойполяризованностидиэлектриковприизменениитемпературы. К типичным линейным пироэлектрикам относятся турмалин и сульфатлития. Пироэлектрики спонтанно поляризованы, но в отличие от сегнетоэлектриковнаправление их поляризации не может быть изменено внешним электрическимполем. При неизменной температуре спонтанная поляризованность пироэлектрикаскомпенсирована свободными зарядами противоположного знака за счет процессовэлектропроводности и адсорбции заряженных частиц из окружающей атмосферы.
Приизменении температуры спонтанная поляризованность изменяется, что приводит косвобождению некоторого заряда на поверхности пироэлектрика, благодаря чему взамкнутой цепи возникает электрический ток.Пироэффект используется для создания тепловых датчиков и приемниковлучистой энергии, предназначенных, в частности, для регистрации инфракрасного иСВЧ-излучения.Значительным пироэффектом обладают некоторые сегнетоэлектрическиекристаллы, к числу которых относятся ниобат бария-стронция, триглицинсульфат - ТГС,ниобат и танталат лития. Пироэлектрический эффект проявляется также вполяризованной, т.е. подвергнутой действию постоянного электрического поля,сегнетокерамике, а также у некоторых полимеров, например у поляризованныхполивинилденфторида и поливинилиденхлорида.Отметим наиболее важные группы пироэлектриков.
К первой группе относятсясегнетоэлектрики. Однако для использования их пироэлектрических свойств онидолжны быть монодоменизированы. В свою очередь монодоменизация может бытьдостигнута в процессе выращивания сегнетоэлектриков или другими способами,включая температурную поляризацию. К важнейшим пироэлектрикам этого классаматериалов относится триглицинсульфат ТГС и изоморфные ему соединения соспециальными добавками для монодоменизации, ниобат и танталат лития, тонкиепленки нитрата калия в сегнетофазе, керамические титанат свинца и цирконат–титанатсвинца с различными добавками.
Все эти материалы являются нелинейнымипирокоэффициент,обусловленныйпервичнымдиэлектриками,вкоторыхпироэффектом, достигает максимума вблизи точки Кюри.Вторая группа пироэлектриков – это линейные пироэлектрики, направлениеспонтанной поляризации в которых одинаково по всему объему кристалла и не можетбыть изменено электрическим полем. Спонтанная поляризация Рс в таких кристаллахне снимается до нуля, как в сегнетоэлектриках. К таким пироэлектрикам относятсясоединения типа АIIBVI со структурой вюрцита, например, монокристаллы CdS, а такжесульфат лития, тетраборат лития и др. В пирокоэффициентах этих кристалловнаблюдается существенный вклад не только от первичного, но и от вторичногопьезоэффекта.К третьей группе относятся пленочные полярные полимеры типа ПВДФ, которыевесьма перспективны благодаря возможности получения из них тонких, эластичных,после еепрочных пленок.
Пироэлектрические свойства пленка приобретает0растяжения в 3÷5 раз и поляризации при температуре около 130 С в поле порядка 1МВ/см. Некоторые сравнительные характеристики ряда важнейших пироэлектриковприведены в таблице (по Резу И.С. и Поплавко Ю. М).126Р,мкКл/(м2К)100180εtg δP/ε104510–310–3104,04004005⋅10–21,0Пленка ПВДФ356,210–25,7ПВДФтрифторэтилена505,310–24,5330305⋅10–31130–313МатериалСульфат литияТанталат литияПьезокерамикаЦТСЛТГСl-ДАТГСФ3953⋅10Примечание. ПВДФ – поливинилиденфторид; ТГС – триглицинсульфат; l-ДАТГСФ– дейтерированный ТГС, легированный l-аланином и фосфорной кислотой.Отличительнойособенностьюпироприемников,предназначенныхдлярегистрации теплового и электромагнитного излучений, является низкий коэффициентшумов и широкий спектральный диапазон излучений на частотах 1010÷1020 Гц (отсантиметровых волн до γ-лучей).
Так как пироэлектрики реагируют только напеременную часть потока излучения, то модуляция потока может достигать 106 Гц.Диапазон регистрируемых мощностей излучения от 10–9 до 1020 Вт.Пироэлектрические детекторы применяются для исследования пучков нейтронов,протонов и дейтронов в экспериментах по ермоядерному синтезу, для изученияимпульсного и стационарного γ и рентгеновского излучений и как измерители мощностии энергии лазеров оптического диапазона, включая УФ и ИК.В измерительной технике пироэлектрические приемники применяются в видетепловых приемников, построенных по модели абсолютно черного тела.Измерительные приемники излучений, построенные в виде матриц, состоящих из103÷105 элементов, позволяют исследовать пространственное распределениеизлучений.Пироэлектрики находят применение в тепловидении (инфракрасном илирадиационном), имеющем большое значение в медицине и технике.
Пироконы(пироэлектрические видиконы тепловыепередающие телевизионные трубки)применяются для контроля многообразных технологических процессов. Приведемкраткий перечень возможных применений видиконов:• оценка состояний высоковольтных линий передачи по данным вертолетнойИК - съемки;• проверка однородности изоляции мощных электрических машин;• автоматизированный технологический контроль электронных компонентов– (конденсаторов, резисторов, СБИС) под нагрузкой;• применение пироконов в медицине для диагностики глубинных латентныхвоспалительных процессов и т.п.;• изучение характеристик излучения лазеров;• ИК картрирование Земли с ИСЗ, планет и комет с космических зондов ит.п.В теплометрии преобразователи на пироэлетриках для измерения температуры,теплоемкости, теплопроводности, теплообменаит.д.
имеютпредельную–7чувствительность порядка 10 К.127Использованиеэлектрокалорическогоэффекта(эффектобратныйпироэффекту) дает возможность получить низкие температуры в интервале температурот жидкого азота до фреоновых температур при использовании сегнетоэлектрическихматериалов. Рекордные величины электрокалорического эффекта (2,6оC) вблизи ФПнаблюдались в антисегнетоэлектрической керамике системы цирконат–станнат–титанатсвинца и в керамике скандониобата свинца. Не исключается вероятность разработкипироэлектрического многокаскадного преобразователя с КПД цикла порядка 10% приожидаемом энергосъеме до 2 кВт/л энергоносителя, что в будущем создаст реальнуюконкурентоспособность классическим энергоустановкам.Библиографические указатель к разделу «Активныедиэлектрики»1.
Бурсиан Э.В. Нелинейный кристалл титанат бария.– М.: Наука, 1979.295 с.2. Рез И.С., Поплавко Ю.М. Диэлектрики. Основные свойства и применение вэлектронике.– М.: Радио и связь, 1989. 284с.3. Бородулин В.Н., Кудинов В.И., Рыжов А.В. Гетерогенные структуры,полученныемикроплазменнойобработкойэлектрофоретическиосажденных пленок пьезокерамики.II Международная конференция«Физико-технические проблемы электротехнических материалов икомпонентов », Москва (Клязьма) 01-04.12.1997.с.11.4. Антонов Н.Н., Бузин И.М., Вендик О.Г.
и др. Сегнетоэлектрики в техникеСВЧ.– М.: Сов. Радио, 1972. 272с.5. Сонин А.С., Струков Б.А. Введение в сегнетоэлектричество.– М.: Высш.шк.,1970. 221с.6. Богородицкий И.П, Волокобинский Ю.М., Воробьев А.А. и др. Теориядиэлектриков.–М.: Энергия, 1965. 344с.7. Алфеев В.Н. Полупроводники, сверхпроводники и параэлектрики вкриоэлектронике.– М.: Сов. Радио, 1979. 407с.8. Окадзаки К. Технология керамических диэлектриков.– М.: Энергия, 1976.336с.9.
Ультразвук. Маленькая энциклопедия Под ред. И.П.Голямина.–М.: Сов.энциклопедия, 1979. 400 с.10. Старковская Р.Я. Основы пироэлектрической дозиметрии.– Киев: НаукДумка, 1983. 160с.11. Лущейкин Г.А. Полимерные пьезоэлектрики.– М.: Химия, 1990. 176с.12. Лайнс М., Гласс А. Сегнетоэлектрики и родственные им материалы.– М.:Мир, 1981.735с.13. Шермергор Т.Д., Стрельцова Н.Н. Пленочные пьезоэлектрики.– М.: Радио исвязь, 1986.
136с.14. Электреты под ред. Г. Сесслера.–М.: Мир, 1983. 486 с.15. Сейсян Е.Л., Таиров В.Н. Справочник по электротехническим материалам.Т.3.–М.: Энергоатомиздат, 1988. с. 591– 605.16. Бородулин В.Н. Физические явления в сегнетоэлектриках и тонкихдиэлектрических пленках.– М.: МЭИ, 1981. 84с.17. Бартфут Дж., Тейлор Дж. Полярные диэлектрики и их применение.– М.:Мир, 1981. 526с.18. Кузьминов Ю.С. Сегнетоэлектрические кристаллы для управлениялазерным излучением.– М.: Наука, 1982.
400с.12819. Бородулин В.Н., Воробьев А.С., Матюнин И.М., Филиков В.А., Чепарин В.П.Электротехнические и конструкционные материалы.М.: Мастерство, 2000.280с.20. БородулинВ.Н.Диэлектрики.Конспектлекцийпокурсу«Электротехническое материаловедение».−М.: МЭИ, 1993. 60с.21. Бородулин В.Н.
Активные диэлектрики. Конспект лекций по курсу«Активные диэлектрики». .— М: МЭИ, 2002.32с.Литература к главе «Диэлектрические материалы»1. Конструкционные и электротехнические материалы: Учеб. для учащихсяэлектротехн. спец. техников /В.Н.Бородулин, А.С.Воробьев, С.Я.Попов,И.П.Старыхин, В.А.Филиков, В.П.Чепарин; Под ред. В.А.Филикова. –М.:Высш.шк., 1990. – 296с.2. Рез И.С., Поплавко Ю.М. Диэлектрики. Основные свойства и применение вэлектронике. – М.: Радио и связь, 1989. – 288с.3. Бернштейн Л.М. Изоляция электрических машин общего назначения, – 3изд., перераб. и доп. – М.: Энергоиздат, 1981. – 376с.4.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
