VI. VẬT LIỆU DÙNG LAØM TIẾP ĐIỂM ĐIỆN 1 Khái quát
CÁC LOẠI VẬT LIỆU ĐẶC BIỆT I Phân loại điện môi tích cực
I. Phân loại điện môi tích cực
Dưới tác động của nguồn năng lượng bên ngoài làm cho điện từ trường của vật liệu điện môi thay đổi gọi là điện môi tích cực. Các điện môi tích cực cho phép thực hiện dao động, khuếch đại, điều biến tín hiệu điện và tín hiệu quang.
Các điện môi tích cực bao gồm: xecnhec điện, áp điện, hoả điện, electret (cái điện châm), tinh thể lỏng, tinh thể điện môi có tính chất quang không tuyến tính.
II. Xecnhec điện
Vật liệu điện môi có tính phân cực tự phát gọi là xecnhec điện. Xecnhec điện có cấu trúc miền, miền là những vùng lớn có tính phân cực tự phát, xuất hiện do ảnh hưởng của các quá trình trong điện môi. Một tinh thể xecnhec có kích thước đủ nhỏ có thể có cấu trúc một miền. Một miền lớn có thể phá vỡ thành nhiều miền nhỏ, do trạng thái năng lượng của một miền là không có lợi. Sự phá vỡ thành các miền làm giảm năng lượng tĩnh điện của xecnhec điện.
Theo liên kết hoá học và tính chất vật lý, xecnhec có thể chia thành hai nhóm: tinh thể ion và tinh thể lưỡng cực.
- Xecnhec điện ion bao gồm: BaTiO3, PbTiO3, KNbO3, LiNbO3, LiTaO3, KIO3, Ba 2NaNb5O15 …
- Xecnhec điện lưỡng cực bao gồm: NaKC4H4O6.4H2O, (NH2CH2COOH)3, H2SO4, KH2PO4, NaNO2 …
Xecnhec điện thường dùng để sản xuất tụ điện có tần số thấp, điện dung cao; sử dụng vật liệu có phân cực không tuyến tính để khuếch đại điện môi, điều biến và điều khiển các hệ thống khác, dùng trong kỹ thuật máy tính và bộ nhớ; dùng làm biến tử áp điện và biến đổi hoả điện.
III. Electret (cái điện châm)
Electret là loại vật liệu điện môi giữ được sự phân cực lâu dài và tạo ở môi trường xung quanh một điện trường. Electret có tính chất tương tự như một nam châm vĩnh cữu.
Electret nhiệt được chế tạo bằng cách trong điện trường mạnh, nhiệt độ thấp làm tan chất điện môi phân cực là sáp và nhựa thông. Electret nhiệt có khả năng tạo ra điện trường trong một thời gian dài, thậm chí hằng năm.
Ngoài ra còn có electret quang được chế tạo từ các vật liệu có tính dẫn quang (S, Cd …) dưới tác động của ánh sáng và điện trường ngoài. Electret quang có thể giữ được điện tích ở trong bóng tối và xả nhanh khi có ánh sáng.
Electret vầng quang có điện trường lớn đến nỗi trên bề mặt xảy ra hiện tượng phóng điện trong chất khí, các ion bắn phá bề mặt điện môi, tạo ra các khuyết tật và hình thành điện tích bề mặt. Electret vầng quang được chế tạo bằng việc tác động điện trường lên điện môi không có đốt nóng hoặc chiếu tia. IV. Vật liệu áp điện
Khi có lực cơ học tác dụng lên thanh điện môi sẽ làm xuất hiện các điện tích trái dấu trên các bề mặt đối diện, gọi là hiện tượng áp điện.
Các loại vật liệu áp điện bao gồm:
- Đơn tinh thể thạch anh là sự biến dạng của SiO2 và tính chất áp điện chỉ tồn tại ở β - thạch anh, bền vững đến 5730C. Ở nhiệt độ cao hơn SiO2 thay đổi cấu trúc và tính chất áp điện biến mất.
- Gốm xecnhec, ở trang thái bình thường gốm xecnhec không có tính chất áp điện do môi trường đẳng hướng, các hạt tinh thể nằm hỗn loạn và phân chia thành các miền có hướng phân cực tự phát khác nhau. Tuy nhiên trong điện trường mạnh, sự phân cực của các miền sẽ định hướng theo hướng của điện trường. Khi không có điện trường ngoài vẫn còn giữ được độ phân cực dư. Vật liệu dùng để sản xuất gốm áp điện là các dung dịch cứng PbZrO3, PbTiO3 ứng dụng trong máy phát siêu âm, microphone, điện thoại, khuếch âm …
V. Vật liệu hoả điện
Khi nhiệt độ trên thanh điện môi thay đổi làm thay đổi sự phân cực tự phát, gọi là hiệu ứng hoả điện.
Tính chất hoả điện thể hiện ở các vật liệu điện môi tuyến tính, chẳng hạn Li2SO4 và tất cả các loại xecnhec điện.
Xecnhec điện thể hiện tính chất hoả điện chỉ ở thạng thái đơn miền, để có đặc tính này, sự phân cực tự phát định hướng giống nhau của tất cả các miền. Trong mẫu đa miền tổng phân cực bằng 0, hiệu ứng hoả điện không tồn tại.
Hiệu ứng hoả điện còn xuất hiện ở xecnhec phân cực, mặc dù tính chất hoả điện của đa tinh thể thấp hơn rất nhiều so với đơn tinh thể.
VI. Tinh thể lỏng
Tinh thể lỏng là những chất nằm ở trạng thái trung gian giữa chất lỏng đẳng hướng và tinh thể rắn.
Tinh thể lỏng có tính chảy dẽo, có khả năng ở trạng thái giọt, mặt khác chúng có tính chất dị hướng quang học, có lực tương hỗ giữa các phân tử nhỏ, có cấu trúc trật tự và phụ thuộc các yếu tố bên ngoài (nhiệt độ, áp suất, điện trường …)
Tính chất đặc biệt của tinh thể lỏng là ở trong một khoảng nhiệt độ nhất định nào đó tồn tại pha trung gian (trạng thái tinh thể lỏng). Trạng thái tinh thể lỏng được hình thành chủ yếu là các liên kết hữu cơ có dạng phân tử hình que.
Tinh thể lỏng có thể chia thành ba loại: pha xà phòng, pha dạng chỉ, pha cholesterol.