Non-linear effects under polarization of dielectrics with a compound crystalline structure

Abstract

11 Карагандинский государственный технический университет 2 Казахский агротехнический университет им. С.СейфуллинаМетодами квазиклассической кинетической теории диэлектрической релаксации ис-следуется механизм миграционной поляризации в диэлектриках со сложной кристалличе-ской структурой (кристаллы с водородными связями (КВС), керамика и другие слоистые материалы) в переменном электрическом поле в области слабых полей. Кинетическое уравнение Больцмана строится в приближении интеграла столкновений для системы невзаимодействующих ионов (релаксаторов), двигающихся в поле одномерного кристал-лического потенциального рельефа, возмущенного внешним (поляризующим) электриче-ским полем. Влияние фононной подсистемы не учитывается. Кристаллическая решетка принята идеальной -не рассматриваются рекомбинационные процессы и диссоциация носителей заряда (релаксаторов) на ловушках. Коэффициенты кинетического уравнения, равные скорости вероятности термически активируемых (классических) переходов релак-саторов через потенциальный барьер (в направлении по внешнему полю и против поля соответственно), вычисляются в линейном приближении по полю. Решение линеаризован-ной системы уравнений Фоккера-Планка и Пуассона строится для модели блокирующих электродов в стационарном режиме поляризации в бесконечном приближении теории воз-мущений и в квадратичном приближении по поляризующему полю. Построенные для ста-ционарно периодического процесса объемно-зарядовой поляризации выражения для ком-плексной диэлектрической проницаемости отличаются от классического закона дисперсии Дебая. Доказывается, что отличный от нуля дипольный момент диэлектрика генерируется только на нечетных гармониках переменного поля, что может служить основой для разра-ботки СВЧ-генераторов, работающих на утроенных частотах радиодиапазона.Ключевые слова: твердые диэлектрики; слоистые кристаллы; кристаллы с водородными связями (КВС); миграционная поляризация; комплексная диэлектрическая проницаемость (КДП). DOI: 10.17212/1727DOI: 10.17212/ -2769DOI: 10.17212/ -2016 Введение Диэлектрики со сложной структурой кристаллической решетки (керамика, кристаллы с водородными связями (КВС) и др.) находят широкое применение в высоковольтной и кабельной технике, лазерной технике, строительных техноло-гиях и др. Техническая керамика применяется в промышленной электротехнике и электроэнергетике в качестве изоляционного материала и для механической фик-сации токоведущих частей электрогенераторов ТЭС. КВС классифицируют, с точки зрения минералогии, как слоистые кристаллы (слоистые силикаты, кри-сталлогидраты и др.), а по электрофизическим свойствам, как протонные полу-проводники и диэлектрики [1]. Нелинейные квантовые свойства КВС, при их объ-емно-зарядовой поляризации в области слабых полей, определяют эти материалы в качестве активных элементов МДП-структур и СВЧ-генераторов, топливных элементов в водородной энергетике и элементов лазеров [2, 3].По данным экспериментов по измерению спектров диэлектрических потерь и то-ков термостимулированной деполяризации (ТСТД) в КВС, в диапазоне темпера...

Аnalytical Investigating of Non-Linear Electrophysical Processes in Proton Semicoductors and Dielectrics

“…, в отличие от ранее предложенных математических моделей различного уровня сложности [15,17,19,20,24,26,27], будем проводить по более упрощенной схеме, опираясь на одномерное уравнение неразрывности потока заряженных частиц (в данном случае -протонов), двигающихся в диэлектрике, помещенном в переменное электрическое поле [28]:…”

“…Плотность тока протонов [19] запишем в следующем виде: [19], проводим путем разложения в бесконечные степенные ряды по степеням малого параметра…”

“…Обоснование проблемы исследования В современной научной литературе в ряде случаев отсутствует глубокое теоретическое исследование механизма переноса электрического заряда в КВС [1]. Недостаточно изучены нелинейные электрофизические процессы в КВС, обусловленные туннельной (квантовой) миграционной поляризацией, п ри н и з к и х ( T 70 100 ≈ − К ) и с в е рх н и з к и х ( T 4 25 ≈ − К) температурах [15][16][17][18]; объемно зарядовой поляризацией в области высоких температур ( T 350 550 ≈ − К) [19,20]; структурной перестройкой водородной подрешетки при спонтанной поляризации сегнетоэлектриков (KDP, DKDP), вблизи тем пе р ат у ры ф а з ов ог о пе р е х од а [ 2 1 , 2 2 ] . Низкотемпературные максимумы тангенса угла диэлектрических потерь для КВС измерить пока вообще не удается [15,19,23].…”

Theoretical Studies of Nonlinear Relaxation Electrophysical Phenomena in Dielectrics with Ionic–Molecular Chemical Bonds in a Wide Range of Fields and Temperatures

“…Therefore, the imposition of an electric field on the crystal (directed along the crystal axis) leads to the diffusion motion of protons in the direction of field lines (proton conductivity). Thus, according to electrophysical properties, HBC are classified as proton semiconductors and dielectrics (PSCD) [1][2][3][4].…”

“…Conditions of this type can be defined as extreme for the operation of the heterogeneous functional elements of process circuits of electrical (instrumentation, computer, etc.) and power (insulation coatings of current removal elements of electric generators and transformers of thermal power plants) plants and systems ( [3], p. 7). The practical use and scientific practical significance of the non-linear elements based on PSCD are detailed more in ( [1], pp.…”