10 Dielektrick vlastnosti anorganickch

nekovovch materil

Dielektrick konstanta Psob-li elektrick pole E nap materilem, nboje v materilu se uspodaj takovm zpsobem, e zmenuj (stn) pole uvnit materilu. Pro elektrick posun D, kter vyjaduje toto stnn plat

D = e0(1+ce)E

e0 je dielektrick permitivita vakua (8.85 x 1012 C2/N*m2), P je polarizace materilu, ce je elektrick susceptibilita. Relativn permitivita neboli dielektrick konstanta materilu er je definovna:

er = 1+ce

Hodnotme-li dielektrick vlastnosti materilu pouv se er ke kvantifikaci odezvy materilu na aplikovan elektrick pole.

,

er-1=c = C/(T+qcw)

er = dielektick konstanta C = Curieho konstanta qcw = Curieho teplota

Zvislost dielektrick konstanty na teplot

c = magnetick susceptibilita

Dielektrick konstanty keramickch materil

er er

Polarizace dielektrika Polarizace

Orientace elektrickch nboj v ltce psobenm vnjho elektrickho pole

p-diplov moment [C.m] E-intensita elektrickho pole [Vm1] ai-polarizovatelnost [Cm2V1]

p=ax.E

1.

3.

4.

2.

Pspvky k polarizovatelnosti ax = ae + ai + ad + as

1. Elektronick polarizovatelnost (ae) Polarizace lokalizovanch elektron 2. Iontov polarizovatelnost (ai) Vmna iont 3. Dipolrn polarizovatelnost (ad) Reorientace polrnch molekul 4. Polarizovatelnost prostorovho nboje (as) Migrace nboje dlouhho rozsahu

as odezvy roste (pomalej odezva)

,

Frekvenn zvislost polarizovatelnosti

Reorientace dipl jako odezva na elektrick pole je charakterizovna relaxanm asem, t. Pro kad z pspvk k polarizovatelnosti je relaxan as jin. 1. Elektronick polarizovatelnost (ae) Odezva je rychl, t je mal 2. Iontov polarizovatelnost (ai) Odezva je pomal 3. Dipolrn polarizovatelnost (ad) Odezva je jet pomalej 4. Polarizovatelnost prostorovho nboje (as) Odezva je nejpomalej, t je velk Audiofrekvence (~ 103 Hz) a = ae+ai+ad+as Radiofrekvence (~ 106 Hz) (as 0) a = ae+ai+ad Mikrovlnn frekvence (~ 109 Hz) (as, ad 0) a = ae+ai Viditeln/UV frekvence (~ 1012 Hz) (as, ad, ai 0) a = ae

Dielektrick ztrty

Jestlie je relaxan as mnohem rychlej ne frekvence vnjho pole, polarizace nastv okamit.

Jestlie je relaxan as mnohem pomalej ne frekvence vnjho pole, dn polarizace (tohoto typu) nenastv.

Jestlie relaxan as a frekvence vnjho pole jsou podobn, nastv fzov zpodn a energie je absorbovna. Toto se nazv dielektrick ztrty, a kvantitativn se vyjaduje vztahem

tan = er/er

kde er je reln st dielektrick konstanty a er je imaginrn st dielektrick konstanty.

Frekvenn zvislost 0

e()

e

e0

log()

mik

rovl

ny

IR

UV

ad+ai+ae ai+ae

ae pouze

tan (ztrty)

er (dielektrick konstanta)

Iontov polarizace a ferroelektricita

Dielektrick materly jsou vtinou nevodiv tuh ltky (nevedou elektrony ani ionty). Z toho dvodu polarizovatelnost mus pochzet bu z elektronov nebo iontov polarizovatelnosti. Z tchto dvou veliin iontov polarizovatelnost nejvce pspv u tuhch ltek nazvanch ferroelektrika. Iontov polarizovatelnost materilu bude velk a vsledkem bude ferroelektrick materil v ppad, e budou splnny tyto dv podmnky:

1. Urit ionty ve struktue se posunou jako odezva na aplikaci vnjho elektrickho pole. Obvykle toto chovn vyaduje ptomnost uritch typ iont jako jsou d0 nebo s2p0 kationty.

2. Posuny se ad ve stejnm smru (nebo se alespo neru). Toto nastane jestlie krystalov struktura nem sted inverze.

3. Posuny nemiz ani kdy se elektrick pole odstran.

Ferroelektrick materil

Ferroelektrick materil se spontnn polarizuje (vytv nboj) jako odezvu na vnj elektrick pole.

Polarizace se neztrc ani kdy se vnj pole odstran.

Smr polarizace je reversibiln.

Aplikace ferroelektrickch materil Vcevrstv kondenztory Pamti FRAM (Ferroelectric Random Access Memory)

Souvisejc dielektrick jevy

Pyroelektricita Podobn jako ferroelektricita, ale posun iont, kter vede ke spontnn polarizaci neme bt obrcen vnjm polem (nap. ZnO). Polarizace se postupn mn s rostouc teplotou, proto nzev pyroelektricita .

Antiferroelektricita Kad iont, kter se posouv v danm smru je doprovzen posunem iontu stejnho typu v opanm smru (nap. PbZrO3)

Piezoelektricita Spontnn polarizace nastv po vloen mechanickho napt, a naopak (nap. kemen, BaTiO3 )

Piezoelektricita

Piezoelektrick materil mn mechanickou energii (napt) na elektrickou a naopak.

Napt - vstup

Mechanick signl - vstup

nap. reproduktor

Mechanick signl - vstup

Napt - vstup

nap. mikrofon

Elektrick izoltory-zvislost vodivosti na teplot

Snmek slo 1Dielektrick konstantaSnmek slo 3Snmek slo 4Snmek slo 5Pspvky k polarizovatelnostiFrekvenn zvislost polarizovatelnostiDielektrick ztrtyFrekvenn zvislost e0Iontov polarizace a ferroelektricitaFerroelektrick materilSouvisejc dielektrick jevyPiezoelektricitaSnmek slo 14