Сегнетоэлектрики, пьезоэлектрики, электреты. Явления на разломах

До сих пор обсуждались типичные физические параметры однородных и изотропных диэлектриков. В дополнение кратко опишем необычные электрические свойства некоторых диэлектриков, связанные в первую очередь со структурными особенностями и анизотропией вещества.

Сегнетоэлектрики — вещества, обладающие в отсутствие электрического ноля в некотором диапазоне температур электрической поляризацией, зависящей от внешних условий. Они являются электрическим аналогом ферромагнетиков (см. гл. 23). Известно несколько сот сегнетоэлектриков, в том числе сегнетокерамика, жидкие кристаллы и полимерные материалы. К сегнетоэлектрикам относятся сегнетова соль (N а КС 1( Н, О е • 4 Н 2 О), тита- нат бария (BaTi03), ниобаг лития (LiNb03).

Рис. 19.6

Сегнетоэлектрики характеризуются наличием доменов — областей с мононаправленной поляризацией в пределах одного домена. Диэлектрическая проницаемость этих материалов достигает нескольких тысяч и зависит от предыстории. В сегнетоэлск- трических диэлектриках, помещенных в электрическое ноле, возникает остаточная электрическая поляризация (эффект памяти). Петля гистерезиса, представленная на рис. 19.6, характеризуется двумя величинами: остаточной поляризацией Рг, имеющейся даже при нулевом ноле Е, и коэрцитивным нолем Ес, при котором вектор поляризации изменяет направление на обратное.

Пьезоэлектрики — анизотропные кристаллические материалы (диэлектрики и полупроводники), в которых при механических деформациях возникает электрическая поляризация (пьезоэффект). Они также деформируются под влиянием внешнего электрического поля (обратный пьезоэффект). Типичным примером пьезоэлектрика является кварц Si02 в некоторых модификациях. Эффект возникает благодаря тому, что при деформации происходят смещение ионов в кристаллической решетке и деформация электронных орбит. Это приводит к возникновению ненулевого вектора поляризации в некоторых кристаллических решетках.

Электреты — материалы, длительно сохраняющие поляризованное состояние после снятия внешнего поля. Являются электрическим аналогом магнитов. Так, некоторые органические смолы, застывая в сильном электрическом поле, сохраняют застывшей поляризацию молекул.

Рассмотренные материалы п их свойства широко применяются в технике. Однако при использовании сегнетоэлектриков и электретов может возникнуть проблема экранировки. В воздухе или другой окружающей среде могут найтись свободные ионы, которые перераспределяются так, что нейтрализуют их вектор поляризации. В таких случаях необходима специальная очистка материала.

В заключение скажем несколько слов о явлениях на разломах — свойстве свежеобразованной поверхности испускать электроны и фотоны высокой энергии. В научных экспериментах удалось зарегистрировать при разломах горных пород электроны, вылетающие со скоростями, близкими к скорости света. Подобные явления, даже не разбивая гранитных глыб, может наблюдать каждый. Например, в темноте нетрудно заметить свечение при разламывании кусочков сахара, растирании в ступе сахарного песка, разрыве бумаги, быстром разматывании рулона липкой ленты и даже при сходе ночных лавин в горах.

Такие эффекты могут быть связаны с электроотрицательностью атомов на одной из границ разлома, приводящей к захвату электронов от атомов другой границы, а также с иьезоэффектом. Явления на разломах активно изучаются и могут иметь большое практическое значение. В частности, оптические и электрические эффекты вблизи геологических разломов в ряде случаев могут позволить заблаговременно предсказывать землетрясения и другие стихийные бедствия.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >