【汇旺担保】 晶体电学性质

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[拼音]:jingti dianxue xingzhi

[外文]:electrical properties of crystals

晶体介质在外电场作用下所产生的电学物理量(电位移D、极化强度P和电流密度J)随外电场强度E变化的性质。外电场为直流电场时称为静态性质;交流时称为动态性质。E不太高时,上述参量和E的关系是线性的。因晶体的各向异性,其电学性质须用张量描述,关系式为:Di=εijEj,Pi=XijEj,Ji=σijEj,Ei=βijDj,Ei=ρijJj。式中的系数都是对称二阶张量,最多有6个独立分量。系数εij称为介电常数,表示晶体的介电效能;Xij称为介质极化率,表示晶体被外电场极化的能力;σij称为电导率,表示晶体的导电能力;βij称为介电不渗透性系数,与εij成倒数关系;ρij称为电阻率,表示晶体的绝缘能力。这五个系数表征了晶体的线性电学性质。

由力学场(应力或应变)和温度场使晶体介质的电学参量产生变化的现象,也常常归入晶体的电学性质,主要有压电性、热电性和温差电效应等。

压电性

晶体在受到机械力作用时而在某些表面上出现电荷的现象,称正压电效应;在外电场的作用下而产生应变的现象,称反压电效应。其关系式为Pi=dijkσjk或 sjk=dijkEi。 式中 dijk 为表征压电性的压电模量;σjk为应力;Sjk为应变。在 32种晶体学点群中只有20种无对称中心的点群才具有压电效应,这些晶类称为压电晶类。 压电效应是法国物理学家P.居里和P.-J居里在1880年首先发现的。目前发现有压电效应的晶体已达上千种,其中石英晶体研究得最透彻,应用也最广泛。其他重要的压电晶体还有铌酸锂、钽酸锂、硫酸锂、磷酸铝、磷酸二氢铵等。除单晶外,某些经过极化处理的多晶(称为压电陶瓷),如钛锆酸铝也具有良好的压电效应。压电陶瓷由于制造工艺简单、成本低廉,成为目前应用十分广泛的压电材料。

热电性

即热释电,指某些极性晶类的晶体由于温度的变化而在晶体表面上出现电荷的现象。这一现象的本质在于晶体记忆体在自发极化Ps。当温度不变时,来自外部空间和晶体内部的自由电荷补偿掉由Ps所形成的极性,晶体表面不呈现电性;当温度变化时,外部电荷来不及补偿而在晶体表面出现电荷积累 (ΔPi)。热释电效应的关系式为 ΔPi=piΔT,式中 pi为热释电系数, 或用dPi/dT来表示。由于温度是标量,所以晶体中的热释电效应用向量(一阶张量)描述,在20种压电晶类中只有10种极性晶类可能具有热释电效应。利用这一效应已制成红外探测器和红外摄像管。常用的热释电晶体有硫酸三甘氨酸和钽酸锂等。

温差电效应

指热能变电能或电能变热能的转换现象。它包括塞贝克效应、珀耳帖效应和汤姆孙效应。

塞贝克效应指若将两种不同的金属或金属导线连线成封闭回路,当两个结点的温度不同时,该回路就有电动势产生的现象。该效应是T.J.塞贝克于1821年发现的。测量温度用的温差电偶(热电偶)和测量热量用的温差电堆,就是利用这一效应制成的。

塞贝克效应的逆效应称为珀耳帖效应。它是J.C.A.珀耳帖于1834年发现的。该效应指当上述回路有电流流过时,就有热量转移发生,一个结点施放热量,而另一个结点则吸收热量的现象。现在已利用这一效应来制造温差电制冷器。

汤姆孙效应指当电流通过均匀导体内温度不同的两点时,有热量流入导体或从导体流出的现象。热流的方向,取决于电流是从较冷端流到较热端还是相反方向。

温差电效应是导热和导电同时发生并且互相影响的结果。这一性质也需要用张量来描述。

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