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:
a = 8 [mm]
b = 5 [mm]
d = 3 [mm]
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 2i 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.
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.
1. POLE KOERCJI ,
gdzie:
d - grubość próbki,
Uc - napięcie koercji
,
CD i AB - odcinki odczytane z pętli,
Upp - napięcie międzyszczytowe
.
2. POLARYZACJA SPONTANICZNA ,
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
Polakonoid