Разработка физических основ поиска сегнетоэлектриков с высокими значениями электрокалорического эффекта

• Автор: Архипов, Михаил Александрович
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1995
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 122 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
I .ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКОВ И ЭЛЕКТРОКМОРИЧЕСКОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ
1.1. Электрокалорическое охлаждение - перспективный путь генерации холода
1.2.Структурные фазовые переходы и экспериментальные исследования нелинейных диэлектрических и калорических свойств
1.3.Микроскопические теории структурных фазовых переходов
II. МАКРОСКОПИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ЭЛЕКТРОКМОРИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА И НЕЛИНЕЙНЫХ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКОВ В ОБЛАСТИ ИХ СТРУКТУРНЫХ ФАЗОВЫХ ПЕРЕХОДОВ
2.1.Необходимость создания адекватного макроскопического описания калорических и нелинейных диэлектрических свойств
2.2. Описание нелинейных диэлектрических свойств
сегнетоэлектриков
2.3.Расчет величины электрокалорического эффекта в
сегнетоэлектриках
2.4.Возможности развитого макроскопического подхода для описания и прогнозирования электрокалорического эффекта
III. ПОТЕНЦИАЛЬНЫЙ РЕЛЬЕФ КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ РЕШЕТКИ И КАЛОРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКОВ
3.1.Актуальность расчета калорических свойств сегнетоэлектриков по данным об их кристаллической структуре
3.2.Потенциалы ионов кристаллической решетки и изменение жесткости осцилляторов при структурных фазовых переходах
3.3.Расчет энтропии сегнетоэлектрических и антисегнетоэлектрических

фнзовых переходов типа смещения
3.4.0 границах фазового пространства гармонического осциллятора
3.5.Расчет теплоемкости оксидов перовскита
3.6.Расчет предельных значений величины электрокалорического эффекта в перовскитах при фазовых переходах типа смещения
3.7. Энтропия фазовых переходов типа порядок-беспорядок в
перовскитах
3.3.Упругая анергия Гиббса развитого микроскопического описания калорических свойств сегнетоэлектриков при фазовых переходах типа
смещения и порядок-беспорядок
IV. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ НОВЫХ ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫХ РАБОЧИХ ТМ
Э.'ШКТРОКАЛОРИЧЕСКИХ ХОЛОДИЛЬНЫХ УСТАНОВОК
<1.1.0 причинах поиска высокоэффективных рабочих тел среди твердых
растворов семейства перовскита
4 .3. Определение перспективных для электрокалорического охлаждения твердых растворов семейства перовскита по геометрическому
фактору
4.3.Экстремальные калорические свойства вблизи тройных точек фазой
диаграмм
1.4.Рабочие тела, эффективные при температурах от 80 до 100 К
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
'НРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Структурные фазовые перехода характеризуются набором примечательных свойств, часть которых, например, нелинейные диэлектрические свойства, пироэлектрический и пьезоэлектрический эффекты нашли свое применение в технике. Но возможности
использования аномальных свойств веществ при структурных фазовых переходах далеко не исчерпаны. Так, аномальные калорические
свойства, которые исследовались, главным образом, с целью понимания физики фазовых переходов, представляют большой практический интерес с точки зрения применения их в преобразователях энергии.
Перспективы практического использования фазовых переходов наталкиваются на проблему прогнозирования их свойств для последующего целенаправленного поиска требуемых веществ. Задача создания методики прогнозирования свойств веществ при фазовых переходах смыкается с задачей их адекватного теоретического описания. Поскольку практически невозможно динамическими методами рассчитать эволюцию функции распределения всех ионов по координатам и импульсам при фазовом переходе, то для описания свойств следовало бы применить метода статистической физики. Но функция распределения в области температур структурных фазовых переходов неравновесна. Именно неравновесность функции распределения и определяет
возможность возникновения когерентных структур, возможность процессов самоорганизации в веществе II]. Следовательно, применение методов статистической физики, базирующихся на идее о полном термодинамическом равновесии, нецелесообразно. Необходимо искать способы расчета энтропии и других характеристик фазовых переходов не через статистический интеграл.Другая проблема состоит в том, что для

где Pg-спонтанная поляризации, е(Р) -определяется следующим образом .По зависимостям е(Т) при Е=0 и Ps(Т) путем выражения температуры Т через спонтанную поляризацию Р3 и последующей подстановки Т(Р3) в функцию е(Т) при Е=0 определяется зависимость
Ps на Р (полагая, что диэлектрическая проницаемость является функцией только поляризации) и полученная зависимость е(Т) может быть подставлена в уравнение (2.6). Используя функцию Р(Е) -решение уравнения (2.6), можно определить зависимость диэлектрической проницаемости от напряженности электрического поля с помощью функции е(Р) из (2.6).
Такой метод,называемый ниже температурно независимой моделью(е не зависит от температуры), можно применять, если справедливо предположение о том , что только поляризация определяет диэлектрическую проницаемость ниже точки Кюри. Чтобы сделать заключение о применимости модели, запишем уравнение (2.5) в форме:

—= ( 2ТР2 + 4§р4)( (т-у/е0/с +7?2+вР4 + 1} (2>7)
е SQ 27 + 4ÔP4
Первый сомножитель в правой части уравнения (2.7) соответствует зависимости диэлектрической проницаемости от спонтанной поляризации е(Р3). Нетрудно убедиться, что
( )Е=0= 2ТР2* 48Р*
(2.8)