Магнитомягкие материалы, предназначенные для работы в высокочастотных полях
В высокочастотных полях резко потери на вихревые токи. Поэтому в высокочаст-ых полях используют материалы с выс-м уд-ым электрич-им сопротив-ем –магнитодиэлектрики, ферромагнетики с аморфной структурой и ферриты.
Магнитодиэлектрики получают, смешивая порошкообразные ферромаг-ки и орган-ую или неорг-ую связку. В качестве феромаг-ка используют карбонильное железо, альсифер или молибденовый пермаллой, дополнительно легированный серой. Серу в пермаллой вводят для придания хрупкости. В кач-ве связки исп-ют фенолформалдегидные смолы, полистирол, стекла. Связка должна образовывать тонкую сплошную пленку м/у частицами ферромагнетика. Частицы феромаг-ка должны быть достаточно малыми, для снижения вихревых токов. Однако у малых частиц не происх-ит разбиения на домены, магнитая прониц-ть магнитодиэлек-ов.
Ферритами наз-ют ионные соед-ия типа MeOFe2O3, кот по хим-ой природе явл-ся солями железноватистой кислоты MeFe2O4, где Ме - катион любго двухвал-го металла, либо два катиона одновал-го металла. Больш-во ферритов имеют сим-ую кубическую кристал-ую реш-ку типа шпинели или граната. Однако некоторые ферриты (феррит бария) имеет несиммет-ую гексагональную реш-ку. По электр-им св-вам ферриты отн-ся к полупров-ам или к диэлектр-ам, потери на вихревые токи в ферритах ничтожно малы. Еще, они обладают высокой диэлект-ой прониц-тью, что приводит к снижению скорости распрстр-ия электрмаг-ых волн в ферритах. Это позв-яет делать на базе ферритов линии задержки, фазовращатели, магнитные вентили. Монокристаллы магнитомягких ферритов примен-ся для изгот-ия магнитных головок записи и воспроиз-ия сигналов звукового и видеодиапазона в магнитофонах. Поскольку кристаллическая решетка ферритов упакована неплотно, то такие головки обладают повышенной износостойкостью.
Особенности поляризации в активных диэлектриках
Под активными диэлеками принято понимать диэл-ки, поляризация которых происходит не только под действием внешнего поля, но и под действием других факторов: механич-их усилий, темпер-ы, воздействия света и проникающей радиации и др. Такие диэлект-и могут быть использ-ны в качестве активных элементов датчиков внешних воздействий
Сегнетоэлектрики. В сегнетоэле-ах в опред-ом диапазоне темпер-р наблюдается спонтанная или самопроизвольная поляр-ия. Название эта группа диэлек-ов получла по предложению И.В. Курчатова от сегнетовой соли (двойная калиево-натриевая соль винно-каменной кислоты KNaC4H44H2O), в кристалах кот. впервые была обнаружена спонтаная поляр-ия. Поскольку свойства сегнетоэл-ов во многом аналогичны св-вам ферромагн-ов, за рубежом их часто называют ферроэлектриками. В 1944 г. наш соотечественник Б. М. Вул открыл новый сегнетоэлектрик - титанат бария BaTiO3
Рассмотрим природу спонтанной поляриз-ии в таких материалах на примере титаната бария. Элементарную ячейку кристал-ой реш-ки этого материала можно представить следующим образом. В вершинах куба находятся ионы бария, по центрам граней куба находятся ионы кислорода, а в центре куба находится ион титана
Поскольку м/у атомами титана, кислорода и бария осуществляется ионная связь кристаллическая решетка данного соединения упакована неплотно. Следовательно, ион титана может смещаться относительно центра элементарной ячейки. При смещении иона титана к какому либо иону (или группе ионов) кислорода, кулоновские силы удерживают ион титана в этом положении, и элементарная ячейка становится поляризованной. Поляризация одной элементарной ячейки приводит к появлению диполя, электрическое поле которого поляризует соседние элементарные ячейки. Таким образом, кристалл самопроизвольно (спонтанно) поляризуется. Повышение температуры приводит к активизации колебаний иона титана, и при равенстве энергии теплового движения этого иона с энергией электростатического взаимодействия с ионами кислорода элементарные ячейки кристалла деполяризуется. В итоге кристалл переходит из сегнетоэлектрического в параэлектрическое состояние. Температуру перехода принято называть темпе-ратурой Кюри.
Важно отметить, что при температурах, меньших температуры Кюри, в отсутствии внешнего поля достаточно большие кристаллы сегнетоэлектриков не обладают электрическим моментом. Это обусловлено тем, что в случае, ко-гда все дипольные моменты элементарных ячеек кристалла ориентированы одинаково, вокруг кристалла появляется электрическое поле. Потенциальная энергия такого кристалла резко возрастает. Для снижения потенциальной энергии кристалл разбивается на области (домены), в пределах которых ди-польные моменты элементарных ячеек параллельны, но суммарные электриче-ские моменты соседних доменов антипараллельны или перпендикулярны. Та-ким образом, суммарный электрический момент кристалла равен нулю.
Пьезоэлектрики. Пьезоэлектриками называют диэлектрики, в которых под действием механических напряжений появляется поляризация, а под дей-ствием электрического поля пьезоэлектрики упруго деформируются. Таким образом, пьезоэлектрики являются электромеханическими преобразователя-ми, преобразующими механическую энергию в электрическую и обратно.
Пьезоэлектрический эффект наблюдается в кристаллах, не имеющих цен-тра симметрии, у которых при деформации ячейки происходит появление электрического момента. Заряды q, возникающие на поверхности пластин из пьезокристаллов пропорциональны приложенным силам.