Особенности BaTiO3. Спонтанная поляризация

Опубликовано 23.07.2011 Ведущий Антон Панкратов

Многослойные керамические конденсаторы, или же MLCC, обладают многочисленными преимуществами. Среди них главное — это небольшие размеры и уникальная энергоемкость; однако при определенных условиях емкость может уменьшаться при приложении постоянного напряжения. Виной тому спонтанная поляризация. Особенно сильно эффект спонтанной поляризации проявляется на примере титаната бария. Структура этого материала является кубической при температурах выше точки Кюри. Если диапазон температур располагается ниже точки Кюри, одна из осей слегка растягивается, а другая слегка сжимается, так что структура становится тетрагональной. В этом случае за счет того, что ион Ti4+ смещается в осевом направлении от центра кристалла, возникает поляризация. Иными словами, поляризация вызывается изначальной асимметрией кристаллической структуры, которая имеет место в отсутствие внешнего электрического поля или давления. Такой тип поляризации носит название спонтанной поляризации. Керамика на основе титаната бария представляет собой агломерацию микрокристаллитов, или же поликристалл субмикронного диаметра. Эти микрокристаллиты называются зернами, и их кристаллические структуры аккуратно выровнены. Зерна поделены на множество случайным образом ориентированных доменов при температурах ниже точки Кюри. В пределах каждого домена имеется выделенное направление ориентации кристаллов, называемое направлением спонтанной поляризации. Если керамику на основе титаната бария нагреть до температуры выше точки Кюри, кристаллическая структура переходит из тетрагональной фазы в кубическую. Вместе с этим в доменах исчезает спонтанная поляризация. После охлаждения до температуры ниже точки Кюри происходит обратный переход от кубической структуры к тетрагональной. Одновременно зерна подвергаются напряжениям из-за искажения окружающей структуры. На этом этапе внутри зерен образуется несколько мелких доменов, и спонтанную поляризацию каждого домена легко обратить слабым электрическим полем. Поскольку относительная диэлектрическая постоянная соответствует обращению спонтанной поляризации на единицу объема, она регистрируется как большее значение емкости.