СЕГНЕТОЭЛАСТИКИ


СЕГНЕТОЭЛАСТИКИ
СЕГНЕТОЭЛАСТИКИ
(ферроэластики) - кристаллич. вещества, <в к-рых при понижении темп-ры возникает спонтанная деформация кристаллич. <решётки относительно исходной в отсутствие внеш. механич. напряжений. Термин«С.» ввёл К. Айдзу (К. Aizu) в 1969. Спонтанная деформация является результатом структурного фазового перехода из более симметричной (параэластич.)в менее симметричную (сегнетоэластич.) фазу. Напр., кубич. сингония переходитв тетрагональную, гексагональная или тетрагональная - в ромбическую илимоноклинную, ромбическая - в моноклинную (см. Сингония).

При сегнетоэластич. переходе кристалл без разрыва своей сплошности теряеториентац. однородность и разбивается на сегнетоэластич. домены, каждыйиз к-рых принадлежит к одному из нескольких (двух, трёх - в зависимостиот изменения симметрии) состояний, отличающихся ориентацией кристаллич. <решётки (рис. 1, 2). Возникновение сегнетоэластич. (ориентац.) доменовможно рассматривать как частный случай механич. двойникования, причёмэлементами двойникования служат утраченные при переходе элементы поворотной(точечной) симметрии (см. Симметрия кристаллов). В прозрачных С. <доменную структуру можно наблюдать с помощью оптич. поляризац. микроскопаблагодаря разориентации оптич. индикатрис или разл. двойному лучепреломлениюдоменов. Наличие ориентац. доменов - характерный признак сегнетоэластич. <фазы.

Домены могут «переключаться» из одного ориентац. состояния в другоепод действием механич. напряжений определённой величины и направления. <Процесс переключения может происходить, напр., путём рождения тонких клиновидныхили линзообразных доменов с последующим их ростом и движением регулярныхплоских или зигзагообразных доменных границ или путём перемещения однойдоменной границы.
8028-1.jpg

Рис. 1. Искажение кубической ячейки при сегнетоэла-стическом переходев тетрагональную сингонию (три ориентационных состояния).

В отличие от линейно упругих материалов или от веществ со слабой упругойнелинейностью, зависимость макроскопич. деформации С. от приложенного механич. <напряжения линейна лишь значительно выше
8028-2.jpg

Рис. 2. Искажение ромбической ячейки при переходе в моноклинную сингонию(два ориентационных состояния).

темп-ры перехода Т к и приобретает существенно нелинейныйхарактер в параэластич. фазе вблизи Т к, переходя в петлюгистерезиса (см. Гистерезис упругий )в сегнетоэластич. фазе (рис.3). По петле гистерезиса можно определить величину спонтанной деформации х (для С. характерны большие величины х~10-3-10-1 )и т. <н. коэрцитивного напряжения Х к, при к-ром происходитпереключение доменов. Значения Х к варьируются в пределах от105-10s Па для «эласто-мягких» С. до 108 Па для «эластожёстких». С. являются упругими аналогами сегнетоэлектриков и ферромагнетиков (см. Ферроики).
8028-3.jpg

Рис. 3. Зависимость деформации х от напряжения X ри Т > Т к(1); вблизи Т к (2) и при Т < Т к (3).

Анализ сегнетоэластич. фазовых переходов и аномалий упругих свойствС. базируется на феноменологич. теории фазовых переходов Ландау. <Исходным пунктом его является построение термодинамич. потенциала Ф, зависящегоот параметра порядка 8028-4.jpg,являющегося внутренней микроскопич. переменной, характеризующей изменениепространственной симметрии кристалла (точечной и трансляционной) при фазовомпереходе.

Параметр порядка 8028-5.jpgпри Т Т к и 8028-6.jpgпри Т< Т к. Вблизи Т к параметр ц мал и термодинамич. потенциал может быть разложен по степеням 8028-7.jpg
8028-8.jpg

Здесь Ф 0 - не зависящий от 8028-9.jpgпотенциал в исходной фазе, r - параметр, зависящий от темп-ры Т. Равновесное значение параметра порядка определяется из условия 8028-10.jpgи 8028-11.jpg. ПотенциалФ содержит также члены, характеризующие связь 8028-12.jpgи х (в общем случае 8028-13.jpgи х - многокомпонентные величины). Характер связи зависит от изменениясимметрии - не только точечной, но и трансляционной. Если параметр порядка 8028-14.jpgи спонтанная деформация х преобразуются операциями симметрии одинаково, <то С. наз. собственным. При собств. сегнетоэластич. переходе изменяетсятолько точечная симметрия кристалла, но не меняется трансляционная. Принесобств. сегнетоэластич. переходе меняется также и трансляц. симметрия, <а объём элементарной ячейки увеличивается (умножается). При этом помимоориентационных возникают также трансляционные (антифазные) домены.

Термодинамич. анализ потенциала Ф позволяет описать аномалии разл. свойствв окрестности темп-ры Т к - скачок теплоёмкости С р, температурные зависимости деформации х (коэф. теплового расширения 8028-15.jpg),поляризации Р (если сегнетоэластич. фаза обладает сегнетоэлектрич. <свойствами), упругих местностей с или податливостей s, диэлектрич. <проницаемостей е и т. д. При этом вид аномалий для собственных и несобственныхС. различен (рис. 4). При фазовом переходе 2-го рода в собств. С. при .< Т к сдвиговая спонтанная деформация изменяетсяс Г по закону 8028-17.jpg, а в несобственном - как 8028-18.jpg.Соответствующая компонента жёсткости в собств. С. ведёт себя как ( Т- Т к )выше и ниже Т к, т. е. при 8028-19.jpgв обеих фазах наблюдается уменьшение жёсткости с и падение скоростизвука. В несобств. С. этого не происходит и при Т к наблюдаетсяскачок и(или) изменение температурного коэф. жёсткости.
8028-16.jpg

Рис. 4. Температурные зависимости теплоёмкости С р, спонтаннойдеформации х и упругой жёсткости с при собственном (а, б, в) и несобственном(г, д, е) сегнетоэластических переходах.

В отличие от феноменелогич. теории, микроскопич. теория конкретизируетмеханизм фазового перехода и рассматривает взаимодействие частиц, составляющихкристаллич. решётку, с учётом её трансляц. симметрии. Как и в случае сегнетоэлектриков, <различают С. типа смещения и типа порядок - беспорядок.

С.- многочисл. класс кристаллов, претерпевающих структурные фазовыепереходы. Кристаллохим. классификация С. группирует их по типу пространственнойукладки «эластоактивных» высокосимметричных (октаэдрических или тетраэдрических)анионных или катионных комплексов, повороты или деформация к-рых могутприводить к понижению симметрии кристалла. Структурная классификация С. <обычно указывает структурный тип «родоначальника» семейства изоморфныхкристаллов (интернациональное назв. минерала). Семейства С. образуют пальмиериты[Рb3 (РО 4)2], фергюсониты (BiVO4),тейлориты (К 2 СrО 4), тридимиты (CsLiSО 4),лангбейниты (K2Cd2SO4), двойные тригональныемолибдаты и вольфраматы [KFe(MoO4)2], редкоземельныепентафосфаты (LaP5 О 14), фресноиты (Ba2TiGe2 О 8),дителлуриты (SrTe2 О 5), семейство K4Zn(MoO4)3,С. с водородными связями Н 3 ВО 3, KH3(SeO3)2,перовскиты (KMnF3) и эльпасолиты (Cs2NaNdCl6),каломель (Hg2Cl2).

Свойства С., и особенно С.-сегнетоэлектриков, обусловливают их применение. <Напр., на основе редкоземельных молибдатов, в частности молибдата гадолиния, <разработаны акустоэлектронные устройства, в к-рых используется взаимодействиераспространяющейся акустич. волны с одиночной доменной стенкой или с регулярнойполидомённой структурой. Они управляются электрич. полем или механич. напряжением. <С. обладают высокой акустооптич. эффективностью (см. Акустооптика). Сегнетоэластич. фазовые переходы испытывают многие кристаллы - высокотемпературныесверхпроводники, а также ионные суперпроводники.

Лит.:Aizu К., Possible species of «ferroelastic» crystals andof simultaneously ferroelectric and ferroelastic crystals, «J. Phys. Soc.Japan», 1969, v. 27, p. 387; J a n о v e с V., D v о f и k V., Pe t z e 1 t J., Symmetry classification and properties of equi-translationstructural phase transitions, «Czech. J. Phys.», 1975, v. B25, p. 1362;Фазовые переходы в кристаллах галоидных соединений АВХ 3. Кристаллохимия, <структурные и магнитные превращения, Новосиб., 1981; Изюмов Ю. А., СыромятниковВ. Н., Фазовые переходы и симметрия кристаллов, М., 1984; Материалы I -IV Всесоюзных семинаров по физике сегнетоэластиков, «Изв. АН СССР. Сер. <физ.», 1979, т. 43, №8, с. 1553; 1983, т. 47, № 3, с. 417; 1986,т. 50, № 2, с. 310; 1989, т. 53, № 7, с. 1233. Н. Р. Иванов.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. . 1988.


.

Смотреть что такое "СЕГНЕТОЭЛАСТИКИ" в других словарях:

  • Сегнетоэластик — Сегнетоэластики (ферроэластики)  монокристаллические вещества, обладающие свойством спонтанной деформации кристаллической решётки при понижении температуры и фазовом переходе. Структурный фазовый переход осуществляется из более симметричной… …   Википедия

  • МАРТЕНСИТНОЕ ПРЕВРАЩЕНИЕ — [от имени А. Мартенса (A. Martens)] один из видов структурных превращений (см. Полиморфизм), при к ром изменение взаимного расположения составляющих кристалл атомов (молекул) происходит в результате относит, смещений соседних атомов на расстояния …   Физическая энциклопедия

  • Диэлектрик — Иное название этого понятия  «изолятор»; см. также другие значения. Диэлектрик (изолятор)  вещество, плохо проводящее электрический ток. Концентрация свободных носителей заряда в диэлектрике не превышает 108 см−3. Основное свойство… …   Википедия

  • Сегнетоэлектрик — Зависимость поляризации P от напряжённости электрического поля Е в ВЧ диэлектрике …   Википедия

  • Диэлектрики — Диэлектрик (изолятор) вещество, плохо проводящее или совсем не проводящее электрический ток. Концетрация свободных носителей заряда в диэлектрике не превышает 108 см 3. Основное свойство диэлектрика состоит в способности поляризоваться во внешнем …   Википедия

  • Мультиферроики — Мультиферроиками (или сегнетомагнетиками в советской литературе) называют материалы, в которых сосуществуют одновременно два и более типов «ферро» упорядочения: ферромагнитное (англ. ferromagnetic), сегнетоэлектрическое (англ. ferroelectric) и… …   Википедия

  • Сегнетоэлектричество — Сегнетоэлектричество  физическое явление, наблюдающееся в некоторых кристаллах, называемых сегнетоэлектриками, в определённом интервале температур и заключающееся в возникновении спонтанной поляризации кристалла даже в отсутствие внешнего… …   Википедия


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»

We are using cookies for the best presentation of our site. Continuing to use this site, you agree with this.