Badanie właściwości ferroelektrycznych

Cel ćwiczenia:

1. Zapoznanie się z właściwościami ferroelektrycznymi materiałów ceramicznych.

2. Odwzorowanie pętli histerezy dla różnych temperatur grzania próbki.

Przebieg ćwiczenia:

I. Badanie pętli histerezy ferroelektrycznej w temperaturze pokojowej.

1. Zanotować w karcie pomiarowej rozmiary próbki:

2. Próbkę w piecyku umieszcza prowadzący zajęcia!

3. W pierwszej fazie ćwiczenia trzeba otrzymać skompensowaną pętlę histerezy
   w temperaturze pokojowej (zanotować jej wartość). W tym celu należy:

• włączyć do sieci wtyczki sieciowe oscyloskopu, układu Sawyera - Towera i multimetru Metex;

• 
  
  
  włączyć oscyloskop przyciskiem Power 1 ( patrz rys. 1), wyregulować plamkę potencjometrami 2
  i sprawdzić położenie przełączników sygnału 3 (pozycja V DC);

• włączyć układ Sawyera - Towera i multimetr Metex, przełączyć na zakres 200mV DC;

• wolno podwyższając napięcie autotransformatora otrzymać na ekranie obraz pętli histerezy (nie przekraczać napięcia skutecznego podanego przez prowadzącego ćwiczenia, dopuszczalne napięcie zależy od rodzaju próbki);

• dobrać pojemność C₀ i zanotować ją;

• skompensować pętlę potencjometrami X.

Rys. 1. Schemat oscyloskopu.

4. Dla ceramicznego tytanianu baru BaTiO₃ obliczyć: pole koercji E_C i polaryzację

szczątkową P_R.

Zanotować dane potrzebne do obliczeń:

• napięcie skuteczne U_Sk, pojemność C₀,
  nastawę dzielnika Y oscyloskopu 4 ,

• dla monokryształu odcinki: AB i CD oraz OK (rys. 2),

• 
  dla ceramiki odcinki: AB i CD oraz OH (rys. 2).

Rys. 2. Pętla histerezy.

II. Badanie temperaturowej zależności pola koercji E_C oraz polaryzacji szczątkowej P_R dla ceramiki BaTiO₃.

1. Włączyć do sieci piecyk-rozpocząć grzanie. Ustabilizować temperatury zadane przez prowadzącego - dla ceramiki: 40, 60, 80, 100, 110,115, 120, 125, 130 ⁰C.

2. Dla każdej z zadanych temperatur należy odrysować obserwowany obraz pętli histerezy oraz zanotować dane potrzebne do późniejszych obliczeń pola koercji i polaryzacji dla podanych temperatur.

3. Zanotować dokładną temperaturę zaniku pętli.

4. Narysować wykresy E_C(T) i P(T) dla wszystkich punktów pomiarowych.

III. Zakończenie ćwiczenia.

1. Wyłączyć grzanie piecyka z próbką.

2. Multimetr METEX M-4650 przełączyć na zakres DCV 1000 V i wyłączyć go.

4. Obniżyć napięcie autotransformatora w układzie Sawyera - Towera do zera.

5. Wyłączyć układ Sawyera - Towera.

6. Wyłączyć oscyloskop.

7. Wyjąć wtyczki wszystkich urządzeń z sieci.

Obliczenia

1. POLE KOERCJI
   _,

gdzie:

d - grubość próbki,

U_c - napięcie koercji

,

gdzie:

CD i AB - odcinki odczytane z pętli,

U_pp - napięcie międzyszczytowe

.

2. POLARYZACJA SPONTANICZNA
   ,

gdzie:

C₀ - pojemność kondensatora wzorcowego,

U_Y określamy mierząc odcinek OK. na pętli
(wzmacniacz osi Y oscyloskopu musi być wykalibrowany)

S - powierzchnia elektrody

Zagadnienia do kolokwium:

1. Pojęcia: kryształ, kryształy ferroelektryczne, domeny, polaryzacja, przepolaryzowanie.

2. Histereza ferroelektryczna - dokładna charakterystyka pętli. Pole koercji, polaryzacja spontaniczna, indukowana, orientacyjna, szczątkowa.

3. Układ Sawyera-Towera.

Literatura:

[1]. J.Dudek,„Technologia, właściwości i zastosowanie ceramiki ferroelektrycznej”
(skrypt UŚ, nr 357)

[2]. G. Smoleński, N.Krajnik „Ferroelektryki i antyferroelektryki”

[3]. J. Hańderek „Wstęp do fizyki ferroelektryków”

[4]. R.Pampuch, S.Błażewicz, G.Górny, „Materiały ceramiczne dla elektroniki”,
Wyd.AGH(1993)

[5]. F. Kaczmarek „Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki dla

zaawansowanych”.

Zależność siły termoelektrycznej termoogniwa miedź - konstantan od różnicy temperatury mierzonej względem 0°C

___________________________________________________________________

Pracownia nauki o materiałach

a = 8 [mm]

b = 5 [mm]

d = 3 [mm]