Badanie właściwości ferroelektrycznych
Cel ćwiczenia:
Zapoznanie się z właściwościami ferroelektrycznymi materiałów ceramicznych.
Odwzorowanie pętli histerezy dla różnych temperatur grzania próbki.
Przebieg ćwiczenia:
I. Badanie pętli histerezy ferroelektrycznej w temperaturze pokojowej.
Zanotować w karcie pomiarowej rozmiary próbki:
Próbkę w piecyku umieszcza prowadzący zajęcia!
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 EC i polaryzację
szczątkową PR.
Zanotować dane potrzebne do obliczeń:
napięcie skuteczne USk, 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 EC oraz polaryzacji szczątkowej PR 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 EC(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.
Obniżyć napięcie autotransformatora w układzie Sawyera - Towera do zera.
Wyłączyć układ Sawyera - Towera.
Wyłączyć oscyloskop.
Wyjąć wtyczki wszystkich urządzeń z sieci.
Obliczenia
POLE KOERCJI
,
gdzie:
d - grubość próbki,
Uc - napięcie koercji
,
gdzie:
CD i AB - odcinki odczytane z pętli,
Upp - napięcie międzyszczytowe
.
POLARYZACJA SPONTANICZNA
,
gdzie:
C0 - pojemność kondensatora wzorcowego,
UY 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]