marta_inj (marta_inj) wrote,
marta_inj
marta_inj

Category:

Пьезоэлектричество с химических позиций-2

Ярким представителем силикатов является кварц.



Кварц хорошо изучен, свойства его как диэлектрика и пьезоэлектрика широко используются. Например, в процессорах и прочих LC-контурах, когда нужно получать колебания определенной частоты.


Для изготовления кварцевых резонаторов используются только монокристаллы кварца, потому что только в них существует прямой и обратный пьезоэлектрический эффект. При приложении к такому кристаллу внешнего электрического поля на его гранях появляются полюса. При этом электроны в цепь он не передает (потому что диэлектрик), но сгенерированная им разность потенциалов провоцирует электрический ток в цепи. Кроме того, при наложении внешнего электрического поля кристалл кварца еще и деформируется и колеблется на основной частоте или гармониках.
Сама же резонансная частота кварцевого резонатора зависит только от его геометрической конфигурации и ориентации кристаллографических осей в нем. Поскольку кристалл одновременно является конденсатором в LC-контуре, и поскольку на резонансной частоте его проводимость резко возрастает (а потом также резко падает), то в этом самом контуре он порождает колебания нужной частоты. Ах да, он же еще и меньше реагирует на всякие нагревания (обладает высокой добротностью).

Как же устроен кристалл кварца, что у него такие интересные свойства? Состоит он из уже обсуждавшихся кремнекислородных тетраэдров. Причем в каждом тетраэдре SiO4 два кислородных иона располагаются несколько выше, а другие два-несколько ниже, чем ион кремния... Группы тетраэдров лежат в трех слоях на различных высотах... и образуют спирали, каждая из которых закручивается в одну и ту же сторону. Так получается лево- и правозакрученный кварц, вращающий плоскость поляризованного света в одну или в другую сторону. Если у нас смесь кристаллов - кварцевое стекло - то никакого вращения света не происходит.

Для пьезоэлектрических свойств нужны - по принятым представлениям - нецентросимметричные диполи. Именно их можно сориентировать так, чтобы они выстроились рядами и шеренгами. Диполями в кварце являются чуть перекошенные кремнекислородные тетраэдры.

Они перекошены изначально, о чем неоспоримо свидетельствуют те самые спирали в кристаллах кварца, но без внешнего воздействия не порождают электрического поля на гранях. Ученые считают, что при внешнем воздействии перекос усиливается, диполи становятся еще дипольнее, и потому появляется электрическое поле. Однако это все же не так, потому что, будь так, в механически деформированном кристалле поле было бы постоянным, но на деле оно существует только в моменты изменений - в деформирующемся кристалле, а не в уже деформированном. Кроме того, пьезоэлектрическими свойствами не обладает кварцевое стекло, хотя кремнекислородные тетраэдры в нем есть.
Tags: Химия, Электричество
Subscribe

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic
  • 6 comments