marta_inj (marta_inj) wrote,
marta_inj
marta_inj

Category:

Пьезоэлектричество с химических позиций-4


Структура "перовскит"

Сегнетоэлектрики могут обладать "спонтанной поляризацией".
Вот пьезоэлектрикам нужно внешнее электрическое поле или механическая деформация для того, чтобы породить на мгновение свое электрическое поле, а сегнетоэлектрики вполне сами по себе имеют разность потенциалов (ака электрическое поле ака поляризацию).

Сегнетоэлектрики подразделяются на сегнетоэлектрики типа «смещения» (переход в сегнетоэлектрическую фазу связан со смещением ионов) и сегнетоэлектрики типа «порядок-беспорядок» (при переходе в сегнетоэлектрическую фазу происходит упорядочение имевшихся в исходной фазе диполей).
Сегнетоэлектрики типа «смещения» подразделяются на две основные группы: группу перовскита и группу псевдоильменита.
Сегнетоэлектрики группы перовскита... свойственно наличие кислородного октаэдра, внутри которого располагается 4- или 5-валентный ион Ti, Zr, Nb или другой ион с малым ионным радиусом. В параэлектрической фазе кристаллы этой группы имеют кубическую структуру. В вершинах куба располагаются ионы Ba, Pb, Cd и др. Ионы кислорода размещаются в центре граней куба, образуя октаэдр. Возникновение спонтанной поляризации в них связано с изменением ионов титана. Сегнетоэлектрики типа «порядок - беспорядок» делятся на три основные группы: группу дигидрофосфата калия (KDP) — дигидрофосфаты и дигидроарсенаты щелочных металлов (KH2PO4, PdH2PO4, KH2AsO4, RbH2AsO4, CsH2AsO4) и их дейтриевые аналоги; группу триглицинсульфата (ТГС) — (NH2CH2COOH3)×H2SO4; жидкокристаллические сегнетоэлектрики. Упорядочивающимися элементами структуры в сегнетоэлектриках группы KDR являются протоны (дейтроны) в водородных связях. Возникновение спонтанной поляризации связано с тем, что положения всех протонов становятся упорядоченными. Основные применения этой группы кристаллов — в устройствах нелинейной оптики и электрооптики. Сегнетоэлектрические свойства кристаллов группы ТГС обусловлены упорядочиванием протонов в водородных связях что приводит к возникновению диполей у молекул глицина и сульфатионов. Применяются в пироприемниках и мишенях пировидиконов.
Жидкокристаллические сегнетоэлектрики — широкий класс жидких кристаллов, содержащих упорядочивающиеся полярные молекулы. Они обладают рядом электрических и оптических свойств, характерных для сегнетоэлектриков: резким фазовым переходом, сопровождающимся аномалиями тепловых, диэлектрических и оптических свойств; высокими значениями диэлектрической проницаемости (~ 102) и другими. Некоторые жидкокристаллические сегнетоэлектрики обнаруживают петли диэлектрического гистерезиса. Оптические свойства сильно зависят от температуры и направленности внешнего электрического поля; на этом основаны наиболее важные применения таких сегнетоэлектриков: оптические индикаторы, транспаранты, дисплеи и другие.
Ионные и дипольные сегнетоэлектрики существенно различаются по свойствам. Так, все соединения кислородно-октаэдрического типа нерастворимы в воде, обладают значительной механической прочностью, легко получаются в виде поликристаллов по керамической технологии. Наоборот, дипольные сегнетоэлектрики обладают высокой растворимостью в воде и малой механической прочностью. Например, растворимость сегнетовой соли в воде столь велика, что ее кристаллы можно распилить с помощью влажной нити. Благодаря высокой растворимости в воде можно легко вырастить крупные монокристаллы этих соединений из водных растворов.
...Сегнетоэлектрики группы псевдоильменита имеют ромбоэдрическую структуру...
...соединения кислородно-октаэдрического типа нерастворимы в воде, обладают значительной механической прочностью, легко получаются в виде поликристаллов по керамической технологии...
...Сегнетоэлектрики типа «порядок - беспорядок» делятся на три основные группы: группу дигидрофосфата калия (KDP) — дигидрофосфаты и дигидроарсенаты щелочных металлов (KH2PO4, PdH2PO4, KH2AsO4, RbH2AsO4, CsH2AsO4) и их дейтриевые аналоги; группу триглицинсульфата (ТГС) — (NH2CH2COOH3)×H2SO4; жидкокристаллические сегнетоэлектрики. Упорядочивающимися элементами структуры в сегнетоэлектриках группы KDР являются протоны (дейтроны) в водородных связях. Возникновение спонтанной поляризации связано с тем, что положения всех протонов становятся упорядоченными... Сегнетоэлектрические свойства кристаллов группы триглицинсульфата обусловлены упорядочиванием протонов в водородных связях что приводит к возникновению диполей у молекул глицина и сульфатионов...
Жидкокристаллические сегнетоэлектрики — широкий класс жидких кристаллов, содержащих упорядочивающиеся полярные молекулы...


В центре кислородных октаэдров находятся катионы со структурой электронных оболочек благородного газа после отдачи валентных s и d-электронов. Вне октаэдров расположены высокополяризуемые катионы, т. е. катионы с большим ионным радиусом. Катионы в центре октаэдров: Тi4+, Zr4+, Нf4+, V5+, Nb5+, Та5+, Мо6+, W6+, Rе7+. Неоктаэдрические катионы: Ва2+, Sr2+, Рb2+, Вi3+, K+, Nа+ и некоторые другие...Наиболее распространены сегнетоэлектрики кислородно-октаэдрического типа со структурой перовскита, в которой кристаллизуются оксидные сегнетоэлектрики с общей формулой АВО3. Структура представляет собой цепочки октаэдров ВO6, соединенные между собой вершинами, которые вытянуты во всех трех главных кристаллографических направлениях. В этих направлениях может устанавливаться спонтанная поляризация. В промежутках между октаэдрами (в кубооктаэдрах) расположены катионы А с большим ионным радиусом.


С перовскитами все относительно понятно: катионы могут располагаться в разном порядке (слоями, чередуясь), кислородные тетраэдры могут деформироваться, превращаясь из кубов в ромбы - это будет приводить к поляризации (появлению электрического поля) и влиять на свойства поля. Видим примерно то же, что у пьезоэлектриков: перекошенная особым образом геометрия (кислородная асимметрия) внезапно приводит к появлению электромагнитного поля. Только у пьезоэлектриков кислородные тетраэдры дают кратковременный эффект, а перовскитные кислородные октаэдры уже могут давать постоянный эффект.

У сегнетоэлектриков группы KDP - кислородные тетраэдры (как в пьезоэлектриках), но окружение у них выстроено иначе.




Tags: Химия, Электричество
Subscribe

  • Абстракция, или почему некоторые люди не любят читать

    Каждое слово, которое мы используем, - это абстракция. Например, что мы понимаем под словом "стол"? Эти столы вроде бы разные, но мы без особых…

  • Что такое морок?

    Из комментариев под видео рассуждения про то, как сознание "заклинивает" на мыслях, как плохо дома и как хорошо за границей: А вот так и…

  • Как врет Википедия

    Когда-то давно я была преисполнена благих намерений и желания сделать что-то для человечества. Идея Википедии - что все вместе мы сможем устранить…

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic
  • 5 comments