 |
Электрические свойства кристаллов
|
|
|
|
Электрическая поляризация
Электрическая поляризация – процесс создания электрических диполей путем смещения электронов относительно ядер атомов, смещения ионов относительно друг друга, ориентации имеющихся в структуре постоянных дипольных моментов, движения в структуре связанных ионов под воздействием внешних полей.
Электрические свойства кристаллов – свойства, связанные с электрической поляризацией, или самопроизвольной, или под влиянием внешних воздействий: нагревания, приложенного электрического поля, механического воздействия.
Электропроводность
Электропроводность – свойство некоторых тел проводить электрических ток. Все вещества делятся на проводящие электрический ток (проводники), полупроводники и диэлектрики (изоляторы)
В проводниках, помещенных в электрическое поле, возникает электрический ток – направленное движение заряженных частиц. Хорошими проводниками являются металлы, с повышением температуры электропроводность металлов уменьшается. В отношении электропроводности кристалл выступает как непрерывная однородная среда.
Кристаллы-диэлектрики (ионные и ковалентные) при обычных условиях не проводят электрический ток. Их можно наэлектризовать путем различных воздействий: трением, давлением, облучением, нагреванием и т. п.
Пироэлектрический эффект
Пироэлектрический эффект – это возникновение разноименных зарядов на противоположных концах анизотропного кристалла, связанный с изменением спонтанной поляризации с колебанием температуры.
Пироэлектрический эффект – это векторное свойство, он может возникнуть лишь в диэлектрических кристаллах с единственным полярным направлением – направлением, противоположные концы которого не могут быть совмещены ни одной операцией данной группы симметрии. Таким образом, пироэлектрический эффект может возникнуть в кристаллах, относящихся к следующим классам симметрии: 1, 2, 3, 4, 6, m, mm 2, 3 m, 4 mm, 6 mm.
|
|
|
Пироэлектрическим эффектом обладают кристаллы турмалина, сахара, винной кислоты. Пироэлектрические кристаллы используются для изготовления чувствительных приемников инфракрасного излучения, датчиков ударных волн, измерителей напряжения и измерений температуры с высокой точностью.
Пьезоэлектрический эффект
Пьезоэлектрический эффект – это совокупность явлений, прямо пропорционально связывающих механические напряжения (растяжения или сжатия) с электрическим полем (поляризацией).
Возможны два обратных эффекта: возникновение электрической поляризации под действием механических напряжений и деформация кристалла под действием электрического поля.
Величины возникших зарядов пропорциональны силе, приложенной к кристаллу. Знак заряда зависит от типа кристаллической структуры. Это свойство возникает только в кристаллах лишенных центра симметрии, то есть имеющих полярные направления и принадлежащие к одному из 20 ацентричных классов симметрии.
Примером проявления пьезоэлектрического эффекта являются кристаллы кварца (пространственная группа Р 312) с одним неполярным направлением вдоль оси третьего порядка, в структуре которых множество полярных направлений, три из которых параллельны трем осям второго порядка. Вдоль этих осей наблюдается пьезоэффект, а сами направления называются электрическими осями. Схематическая проекция одной из спиралей кремнийкислородных тетраэдров показана на рис. 3.5.
а б в
Рис. 3.5. Фрагмент структуры кварца (а) вдоль одной из полярных осей 2-го порядка (по Л. Бергману) и схема проявления пьезоэлектрического эффекта при сжатии (б) и растяжении (в)
|
|
|
Сжатие такой спирали вдоль одной из полярных осей второго порядка приводит к смещению атомов кремния и кислорода с образованием электрических диполей и появлению разноименных зарядов на поверхностях, перпендикулярных направлению сжатия. Растяжение вдоль этого же направления приводит к смене знаков заряда. Если же кварцевую пластинку, вырезанную перпендикулярно оси второго порядка, поместить в электрическое поле, то она начнет вибрировать – то сжиматься, то расширяться. Благодаря этому свойству кварцевые пластины нашли широкое применение в радиоэлектронике в качестве стабилизаторов частот в радиоаппаратуре, для генерации и приема ультразвуковых волн и т. п.
Кроме кварца, распространенными пьезоэлектриками являются кристаллы сегнетовой соли, тертрата калия, сульфата лития др.
|
|
|
