• Posebna podela dielektričnih materijala je na pasivne i aktivne

• Što se više menjaju osobine materijala pod dejstvom spoljašnjih faktora, to su materijali bolji kao aktivni dielektrici

Feroelektrici Piezoelektrici Piroelektrici Elektreti Tečni kristali

Kod njih se javlja spontana polarizacija koja se može menjati delovanjem spoljašnjeg električnog polja

Posle određene vrednosti temperature (Kirijeva temperatura) materijali gube feroelektrična svojstva i postaju paraelektrici

Postoji nelinearna zavisnost D(E) i ona je data određenim grafikom koji se zove petlja dielektričnog histerezisa

U skorije vreme je dosta rađeno na proučavanju feroelektrika koji se po tipu veze mogu podeliti u dve grupe:

− Jonski kristali (nerastvorni u vodi, jaka mehanička čvrstoća, dobijanje uobičajenim mehaničkim procesom)

− Dipolni kristali (niska mehanička čvrstoća, rastvorni u vodi, iz vodenih rastvora se mogu kristalisati krupni kristali)

za izradu kondenzatora velikog kapaciteta, niske frekvencije i malih dimenzija

za proizvodnju materijala sa sposobnošću velike nelinearne polarizacije za dielekrtične pojačavače i slične uređaje

za modulaciju laserskog zračenja kod piezoelektričnih i piroelektričnih pretvarača i u računarskoj tehnici

Za izradu kondenzatora malih dimenzija za male napone koristi se barijum-titanat

Za izradu visokonaponskih kondenzatora koristi se materijal na bazi barijum-titanata koji ima Kirijevu temperaturu blizu sobne

Za proizvodnju nelinearnih kondenzatora koriste se materijali sa izraženim nelinearnim osobinama koji imaju izrazitu zavisnost dielektrične konstante od jačine električnog polja (varikondi)

Postoje i antiferoelektrici koji isto imaju domensku strukturu, ali kod njih nema spontane polarizacije zato što su dipolni momenti antiparalelni

Kristali pojedinih feroelektrika i antiferoelektrika inaju izražen elektrooptički efekat

Efekat je linearan ako se indeks prelamanja menja proporcionalno jačini polja ( ređe i sa kvadratom jačine polja)

Elektrooptičke osobine se koriste za modulaciju laserskog zračenja

Za elektrooptičku modulaciju svetlosti se koriste:

kristali niobata litijuma

dihidrofosfati kalcijuma

prozračna feroelektrična keramika na bazi čvrstih rastvora cirkonata olova sa oksidom lantana

aktivni dielektrici sa izraženim piezoelektričnim svojstvom

piezoelektrični efekat predstavlja pojavu polarizacije pod dejstvom mehaničkog naprezanja

Suprotno tome, obrnuti piezoelektrični efekat je pojava promene dimenzija dielektrika pod dejstvom električnog polja

Postoji veliki broj materijala sa piezoelektričnom svojstvom, ali se samo manji broj koristi u piezotehnici

Važno mesto među tim retkim zauzima kristalni kvarc, kao i Rošelova so

Monokristali kvarca se režu na tanke pločice, pri čemu se mora voditi računa o kristalografskoj orjentaciji

Kvarcni rezonatori se prave od poliranih kvarcnih poločica sa elektrodama i držačem, mala im je vrednost za tg i imaju visok faktor dobrote, tj. male mehaničke gubitke

Osim kvarca, kod piezopretvarača se koriste kristali sulfata litijuma, Senjetove soli, niobata i tantalata litijuma

Za dobijanje piezopretvarača se koristi i piezokeramika na bazi čvrstih rastvora cirkonata-titanata olova

Prednost piezokeramike nad monokristalima je mogućnost dobijanja aktivnih elemenata složenog oblika i različite veličine

Piezokeramika se koristi za izradu malih mikrofona, telefona, detonatora, piezorezonatnih filtera, piezotransformatora i sl.

Piroelektrici su aktivni dielektrici kod kojih se javlja piroelektrični efekat (promena spontane polarizacije sa promenom temperature).

Karakteriše se piroelektričnim koeficijentom p=dD/dT.

Svi piroelektrici su istovremeno i piezoelektrici. Piroelektrici se spontano polarizuju, ali za razliku od

feroelektrika, njihova se polarizacija ne menja dejstvom spoljašnjeg električnog polja. Pri promeni temperature spontana polarizacija se menja

Piroelektrični materijali se koriste za izradu toplotnih senzora i detektora infracrvenog zračenja.

Toplotni senzor Detektor IC zračenja

Elektreti su dielektrici koji posle prethodne obrade stiču i zadržavaju električnu polarizaciju.

Oni uglavnom imaju i piezoelektrična i piroelektrična svojstva.

Najčešće se izrađuju (u vidu diskova debljine do 5mm i prečnika do 100mm) najpre se tope ili razmekšavaju do potrebne granice, a zatim se hlade u spoljašnjem jednosmernom električnom polju

Kod elektreta postoje dve vrste naelektrisanja:

homonaelektrisanje i heteronaelektrisanje

Pri jačini polarizacionog polja Ep≤0,5MV/m obrazuje se heteronaelektrisanje, a pri Ep>1MV/m stvara se homonaelektrisanje koje vremenom opada do nule, pa onda se obrazuje heteronaelektrisanje.

Utvrđeno je da elektreti sa homonaelektrisanjem imaju duže vreme života, kada je utvrđeno da sa povišenjem temperture i vlažnosti vreme života brzo skraćuje. Njihovo vreme života može dostići čak i nekoliko godina.

Na sledećoj slici data je zavisnost gustine površinskih naelektrisanja od vremena života za neke organske elektrete

1-politetrafluoretilen, 2-polietilentereftalat, 3-polietilententereftalat, 4-poliamid

Elektreti mogu biti i organskog i neorganskog porekla. Za izradu organskih elektreta koriste se folije sintetičkih

polimera polivinilidendifluorida (PVDF), politetrafluoretilena (teflona), politilentereftalata (poliesterska folija), od prirodnih smola – šelak, kolofonijum, kopal, ćilibar, i od voskova – pčelinji i sintetički voskovi.

Elektreti se primenjuju za izradu elektretnih mikrofona, zvučnika i slušalica, merača pritiska i vlažnosti, elektrometera i dozimetara, ultrazvučnih detektora...

Elektrometer Ultrazvučni detektor

Zanimljivo je nešto reći o poliviniledendifluorid (PVDF) zbog C-F veze koje imaju veliki dipolarni moment u odnosu na C-H veze, šta uzrokuje veliki dipolarni moment monomera (poprečno na lanac) PVDF-a. Kristalizacija iz rastopa pod normalnim uslovima daje α-fazu, sa dva antiparalelna lanca po elementarnoj ćeliji, koja je centralno simetrična i zato nepolarna. Razvlačenjem PVDF-folije (4:1) i zagrevanjem (do 100÷150oC), praćeno hlađenjem u jakom električnom polju (~100kV/mm) indukuje prelaz u β-fazu sa jednim lancem po elementarnoj ćeliji, koja nema centar simetrije, i veoma je polarna. Dobijeni efekat je stabilan više godina na sobnoj temperaturi.

Tečni kristali poseduju tzv. parakristalnu strukturu, kao međustanje pri topljenju iz kristalne u tečnu fazu.

Od tri vrste termotropnih tečnih kristala, za izradu displeja koriste se samo nematski tečni kristali, zbog najbržeg reagovanja na primenjena električna polja.

Azotski molekul PAA je odigrao najznačajniju ulogu u eksperimentima nad tečnim kristalima.

S obzirom da nema tečnokristalna svojstva na sobnoj temperaturi i pod dejstvom ultraljubičaste svetlosti, nije doživeo praktične primene.

Drugi dobro proučeni tečnokristalni materijal je MBBA

Prvi zaista pouzdani i stabilni nematski tečni kristali su bifenilni materijali (označeni sa 5CB).

Od 1973. god. Razvijene su mnoge nove familije stabilnih nematskih tečnih kristala, pogodne za primenu na sobnoj temperaturi. One uključuju i nearomatske strukture, kao što su fenilcikloheksani, bicikloheksani...

Tečni kristali se široko primenjuju za izradu displeja. Očekuju se šire primene i u izradi tečnokristalnih ekrana tankih TV-aparata bez katodnih cevi, elektrooptičkih prekidača...

Telefon i TV-aparat sa tečnokristalnim ekranima

LED tehnologija

Svetleca led dioda je poluprovodnik koji emituje usmerenu svetlost efektom poznatijim pod nazivom elektroluminiscencija. Boja isijane svetlosti pri tom zavisi od hemijskog sastava dopiranog p-n spoja i može biti ultraljubicasta, vidljiva ili infracrvena. Rubin Braunstein iz „Radio Corporasion of America“, prvi je izvestio o infracrvenoj emisiji diode sa GaAs i drugim poluprovodnickim legurama. Bob Biard i Gary Pittman 1961 god patentirali su prve svetlece infracrvene diode. Nick Holonyak iz GE Company je osvojio prvu LED diodu sa vidljivim spektrom usmerene svetlosti.

LED je specijalan tip poluprovodnicke diode i koja je sastavljena iz sledecih komponenti:

LED cipa sa dopiranim primesama u strukturi p-n spoja

katode i anode reflektora

U svetlecoj diodi dolazi do katodne luminiscencije elektona ili grupe elekrona koje usmerenim kretanjem u pravcu elektroda razlicitih napona prelaze sa višeg na niži energetski nivo i pri tom emituju svetlosne talase. Talasna dužina emitovane svetlosti, a samim tim i boja svetlosti zavisi od prirode grupa elekrona formiranog p-n spoja. Razvoj svetlecih dioda pocinje sa pojavom infracrvenih i crvenih dioda sa galijum arsenidom.

To su led izvori svetla izgradeni iz p-n cipa prekrivenog emisionim talogom od legura

metala III-a i V-a grupe periodnog sistema: Al, Ga, As, P, N, In.

Konvencionalne svetlece diode prave se od razlicitih poluprovodnickih materijala proizvodeci sledece boje svetlosti:

aluminijum galijum arsenid: crvene i infracrvene

aluminijum galijum fosfid: zelena galijum arsenid fosfid: crvene, narandžasto

crvene galijum fosfid: crvene, žute, zelene galijum nitrid: zelena , plava i bela indijum galijum nitrid: ultraljubicasta, zelena,

plava i bel cink selenid: plava dijamant: ultra ljubicasta

Prethodno navedene hemijske supstance kada se ozrace katodnim zracima imaju sposobnost emitovanja svetlosti bez prateceg toplotnog izracivanja, koja se zadržava u obliku potencijalne energije i osciliranjem grupe atoma ispoljava se kao «luminiscencija». Sposobnost luminiscencije imaju one materije koje nemaju gubitke absorbovane zracne energije, tj. nemaju razmenu energije sa svojom okolinom. U te materije spadaju npr. „retke zemlje“, kod kojih postoji jedno energetsko stanje „svetleći elektroni“, takode i neki mali molekuli organskih aromaticnih jedinjenja i neki polimeri.

Belu svetlecu diodu proizveo je prvi Nichua 1996. god.

U njihovoj spektralnoj raspodeli dominira plava svetlost, zatim zelena, a crvena boja osvetljenog predmeta nije tako jarka i prijatnija je za oko.

Beli «LED-ovi» imaju nacin dobijanja «hladnog belog svetla» slicno dobijanju hladno belog svetla u fluorescentnim sijalicama u kojima se ultraljubicasta svetlost od katodne prevlake sa dodatkom cink sulfida, pretvara u vidljivu obojenu svetlost.

Emituju svetlost u želenoj boji, bez tradicionalnog korišcenja filtera.

Ne zahtevaju ugradnju spoljneg reflektora radi dobijanja usmerene svetlosti.

Ekstremno cvrsto upakovane u telo otporno na mehanicke udare.

Ekstremno velika trajnost: tipicno 10 godina, dva puta duža od najboljih fluorescentnih sijalica i cak 20 puta duža od najboljih inkandescentnih.

LED tehnologija je mnogo skuplja zbog prateće elektronske opreme i za našeg prosecnog klijenta(kupca) još uvek preskupa za upotrebu u domacinstvu od konvencionalnih tehnologija za dobijanje svetlosti.

Radne karakteristike veoma zavise od temperature okoline i lako može da dode do pregrevanja, što izaziva njihovo brzo oštecenje. Zato je neophodno obezbediti odgovarajuce hlađenje, kako bi se osigurao dugi vek svetlecih dioda, što je narocito važno u saobracajnim i vojnim primenama, kada se u velikom rasponu temperature okoline zahteva dugotrajan i pouzdan rad uredaja sa svetlecim diodama.

Visoke vrednosti radnih karakteristika (struja, porast temperature), mogu izazvati pojavu difuzije atoma nekih metala iz elektroda u ostale aktivne delove LED-a, pogotovu atoma indijuma i srebra, što ima za posledicu pojavu elektricnih proboja na samoj katodi.

Led diode imaju široku primenu, kako u izradi svetlećih reklama kao dodatak na reklamnom displeju, tako i za dekoraciju unutrašnjih prostora, studija, diskoteka i lokala različitih namena. Izuzetno atraktivan i upadljiv vizuelni efekat, led diode postižu neograničenim mogućnostima programiranja dinamike paljenja i gašenja.Niska energetska potrošnja, kao i dug vek trajanja (100000 sati), razlog su više u izboru ovog rešenja, pogotovu kao zamena za skupu dekorativnu rasvetu.

U zadnje vrijeme , LED dioda se sve  više koristi za rasvetu.

Luxeon bele diode proizvode više od 20lm po W, 10 do 20 puta su sjajniji od standardnih LED dioda

Traje duže nego bilo koji svetlosni i izvor, više od 10 godiina. Napravljen je sličnom tehnologijom kao mikroprocesori.

Nemaju problem sa paljenjem, ni sa ponovnim paljenjem u vrućem stanju , Izdržavaju veoma niske temperature, Traju više od 10 god, Troškovi održavanja su svedeni na najmanju moguću meru, Ima veću energetsku efikasnost nego inkadescentno i većina halogenih

izvora, Ne zahteva filtere da bi se kreirale različiite boje, Luxeon svetlosni izvori su mali, tačkasti, kojiima upravlja optički sistem,

tako da nema rasutog svetla,

Nema pokretnih delova, ne sadrži živu u sebi, nema grejanja i opasnosti i od UV i infra crvenih zraka.

Uključuje se i i na -40°C, ima nizak jednosmerni radni napon od 3 do 5VDC.

Sledeća važna činjenica je da je distribucija svetla jednaka - ravnomerna, te je i reprodukcija bolja, sa indeksom 70.

Primena svetlecih dioda (LED) umesto sijalica sa usijanim vlaknom nije više novost, jer takav vid osvetljenja u današnje vreme dostupan je na skoro svim vozilima novije generacije.

Prve svetlece diode pojavile su se na takozvanom “trecem” stop svetlu, a danas su dostupne kao zamena za sijalice u pozicionim, stop svetlima i pokazivacima pravca.

Prednosti upotrebe svetlecih dioda su visoka energetska efikasnost i ekstremno dug rok trajanja. Na pojedinim modelima Mercedesa i, Audija i BMW-a, ugraduju se svetlece diode na zadnjim svetlosnim grupama, kao i pomocnim i signalnim prednjim svetlima i bocnim pokazivacima pravca.

Pokazivaci pravca i svetla za vožnju unazad zadnje svetlosne grupe su još uvek sa klasicnim inkandescentnim sijalicama, dok su “stop” i poziciona svetla, kao i bocni pokazivaci pravca izrađeni u LED tehnologiji.

Zbog konstruktivnih rešenja oblika zadnjih krajeva automobila koji su diktirani delimicno aerodinamikom, a delimicno i modom, svetiljke za zadnje svetlosne grupe moraju biti kompaktne. Kompaktnost svetiljki iziskuje da se objedine funkcije pozicionog i stop svetla u istom izvoru svetlosti, bez obzira da li se koristi dvonitna inkandescentna sijalica (P21/5W BAY15d), ili baterija svetlecih dioda. Zbog ovakvog rešenja, “trece” stop svetlo je postalo neophodnost, tako da nijedan ozbiljan proizvodac ne isporucuje vise automobile bez tog svetla.

Kod automobila na cijim su svetlosnim grupama funkcije pozicionih i stop svetla rešene posebnim svetiljkama za stop svetlo i poziciono svetlo, “trece” stop svetlo je više stvar mode i/ili propisa nego stvarne potrebe

Nije medutim, glavni problem LED svetlosnih grupa teška uocljivost promena jacine svetlosti, jer to je ipak donekle rešeno “trecim” stop svetlom. Glavni problem je teška uocljivost svetlosti svetiljki kad se zadnji kraj vozila, odnosno svetiljka vidi pod izvesnim vecim uglovima u odnosu na podužnu osu automobila, odnosno LED-a, pogotovo tokom dana, ukljucujuci i jutro i suton.

Nije medutim, glavni problem LED svetlosnih grupa teška uocljivost promena jacine svetlosti, jer to je ipak donekle rešeno “trecim” stop svetlom. Glavni problem je teška uocljivost svetlosti svetiljki kad se zadnji kraj vozila, odnosno svetiljka vidi pod izvesnim vecim uglovima u odnosu na podužnu osu automobila, odnosno LED-a, pogotovo tokom dana, ukljucujuci i jutro i suton.

Hvala na pažnji!!!!!