Dielétricos com propriedades especiais — ferroelétricos e elétricos

Dielétricos no sentido usual da palavra são substâncias que adquirem um momento elétrico sob a ação de um campo eletrostático externo. Entre os dielétricos, no entanto, existem aqueles que exibem propriedades completamente incomuns. Esses dielétricos com propriedades especiais incluem ferroelétricos e dielétricos. Estes serão discutidos mais adiante.

Ferroelétricos

A polarização espontânea ou espontânea da matéria foi descoberta pela primeira vez em 1920 em cristais de sal de Rochelle e mais tarde em outros cristais. Porém, em homenagem ao sal de Rochelle, o primeiro dielétrico aberto com essa propriedade, todo o grupo dessas substâncias passou a ser chamado de ferroelétricos ou ferroelétricos. Em 1930-1934, um estudo detalhado da polarização espontânea de dielétricos foi realizado no Departamento de Física de Leningrado sob a liderança de Igor Vasilievich Kurchatov.

Descobriu-se que todos os ferroelétricos inicialmente demonstram uma pronunciada anisotropia das propriedades ferroelétricas, e a polarização pode ser observada ao longo de apenas um dos eixos do cristal.Dielétricos isotrópicos têm a mesma polarização para todas as suas moléculas, enquanto para substâncias anisotrópicas, os vetores de polarização são diferentes em diferentes direções. Atualmente, centenas de ferroelétricos foram descobertos.

Os ferroelétricos são distinguidos pelas seguintes propriedades especiais. Sua constante dielétrica e em uma determinada faixa de temperatura está na faixa de 1000 a 10000 e muda dependendo da força do campo eletrostático aplicado e também muda de forma não linear. Esta é uma manifestação do chamado Histerese dielétrica, você pode até traçar a curva de polarização de um ferroelétrico - uma curva de histerese.

A curva de histerese de um ferroelétrico é semelhante a um loop de histerese para um ferroímã em um campo magnético. Há um ponto de saturação aqui, mas você também pode ver que mesmo na ausência de um campo elétrico externo, quando é igual a zero, alguma polarização residual é observada no cristal para eliminar a qual uma força coercitiva de direção oposta teria que ser aplicada à amostra.

Os ferroelétricos também são caracterizados por um ponto de Curie intrínseco, ou seja, a temperatura na qual o ferroelétrico começa a perder sua polarização residual à medida que ocorre uma transição de fase de segunda ordem. Para o sal de Rochelle, a temperatura do ponto Curie está na faixa de +18 a +24ºC.

A razão para a presença de propriedades ferroelétricas em um dielétrico é a polarização espontânea resultante da forte interação entre as partículas da substância. A substância busca um mínimo de energia potencial, enquanto devido à presença dos chamados defeitos estruturais, o cristal é dividido em regiões.

Como resultado, quando não há campo elétrico externo, o momento elétrico total do cristal é zero e, quando um campo elétrico externo é aplicado, essas regiões tendem a se orientar ao longo dele. Os ferroelétricos são usados ​​em dispositivos de engenharia de rádio, como variconds — capacitores com capacitância variável.

Eletretos

Os dielétricos são chamados de dielétricos que podem manter um estado polarizado por um longo tempo, mesmo depois que o campo eletrostático externo que causou a polarização é desligado. Inicialmente, as moléculas dielétricas têm momentos de dipolo constantes.

Mas se tal dielétrico for fundido e então um forte campo eletrostático permanente for aplicado enquanto ele derrete, uma fração significativa das moléculas da substância fundida será orientada de acordo com o campo aplicado. Agora a substância fundida deve ser resfriada até que se solidifique completamente , mas o campo eletrostático pode atuar até que a substância endureça. Quando a substância fundida esfriar completamente, o campo pode ser desligado.

A rotação das moléculas na substância solidificada após esse procedimento será difícil, o que significa que as moléculas manterão sua orientação. Assim são feitos os eletricistas, capazes de manter um estado polarizado de alguns dias a muitos anos. Pela primeira vez o eletreto (termoeletreto) foi feito de forma semelhante a partir de cera de carnaúba e breu pelo físico japonês Yoguchi, isso aconteceu em 1922.

A polarização residual do dielétrico pode ser obtida orientando quase-dipolos em cristais migrando partículas carregadas para os eletrodos ou, por exemplo, injetando partículas carregadas de eletrodos ou de intervalos entre eletrodos no dielétrico durante a polarização. Os portadores de carga podem ser introduzidos na amostra artificialmente, por exemplo, por irradiação de feixe de elétrons. Com o tempo, o grau de polarização do eletreto diminui devido aos processos de relaxamento e ao movimento dos portadores de carga sob a influência do campo elétrico interno do eletreto.

Em princípio, qualquer dielétrico pode ser convertido em um estado de eletreto. Os eletretos mais estáveis ​​são obtidos a partir de resinas e ceras, de polímeros e dielétricos inorgânicos com estrutura policristalina ou monocristalina, de vidros, peneiras, etc.

Para tornar um dielétrico um eletreto estável, ele deve ser aquecido até o ponto de fusão em um forte campo eletrostático e então resfriado sem desligar o campo (esses eletretos são chamados de termoeletretos).

Você pode iluminar a amostra em um forte campo elétrico, produzindo fotoelétricos. Ou irradie com efeitos radioativos — radioelétricos. Basta colocá-lo em um campo eletrostático muito forte - você obtém um eletroeletrodo. Ou em um campo magnético — um magnetoeletreto. A solidificação de uma solução orgânica em um campo elétrico é crioeletreto.

Eletretos de metanol são obtidos por deformação mecânica do polímero. Através de fricção - triboelétricas. Os eletretos corona estão no campo de ação da descarga corona. Uma carga superficial estável alcançada no eletreto é da ordem de 0,00000001 C/cm2.

Eletretos de várias origens são usados ​​como fontes de campo eletrostático constante em sensores de vibração, microfones, geradores de sinal, eletrômetros, voltímetros, etc. Eles servem perfeitamente como elementos sensíveis em dosímetros, dispositivos de memória. Como dispositivos de focagem em filtros de gás, barômetros e higrômetros. Em particular, fotoeletrodos são usados ​​em eletrofotografia.