Ultraheli piesoelektrilise keraamika omadused
Ultraheli piesoelektriline keraamika on piesoelektriliste omadustega elektrooniliste keraamiliste materjalide klass. Peamine erinevus tüüpilistest piesoelektrilistest kvartskristallidest, mis ei sisalda ferroelektrilisi komponente, seisneb selles, et nende põhikomponendid moodustavad kristallifaasid on kõik ferroelektrilised terad Kuna keraamika on polükristallilised agregaadid, mille terakesed on juhuslikult orienteeritud, on iga ferroelektrilise tera spontaanne polarisatsioonivektor samuti chaotiline. orienteeritud. Selleks, et keraamikal oleks makroskoopilised piesoelektrilised omadused, tuleb see põletada piesoelektrilises keraamikas. Pärast otspinnal oleva komposiitelektroodiga moodustamist ja kombineerimist asetatakse see polarisatsiooni töötlemiseks tugeva alalisvoolu elektrivälja alla, nii et algse ebakorrapärase orientatsiooni vastavad polarisatsioonivektorid on eelistatavalt orienteeritud piki elektrivälja suunda. Piesoelektriline keraamika pärast polarisatsioonitöötlust, pärast elektrivälja tühistamist säilib teatud makroskoopiline jääkpolarisatsioon, nii et keraamikal on teatud piesoelektrilised omadused.
Dielektrilised ja elastsed omadused:
Piesoelektrilise keraamika dielektriline omadus peegeldab keraamilise materjali reaktsiooni astet välisele elektriväljale, mida tavaliselt esindab dielektriline konstandi ε0. Kui väline elektriväli ei ole liiga suur, saab dielektriku reageerimiseks elektriväljale kasutada lineaarset seost:
Piesoelektrilise keraamika puhul on P polarisatsioonitugevus, ε0 on vaakumi läbilaskvus, E on elektriline vastuvõtlikkus ja E on rakendatud elektriväli. Piesoelektriliste keraamiliste komponentide erinevatel kasutusviisidel on erinevad nõuded piesoelektrilise keraamika dielektrilisele konstandile. Näiteks helikomponendid, nagu piesoelektrilised keraamilised kõlarid, nõuavad keraamika suurt dielektrikonstanti, samas kui kõrgsageduslikud piesoelektrilised keraamilised komponendid nõuavad materjali väikest dielektrilist konstanti.
Piesoelektrilise keraamika elastsuse koefitsient on parameeter, mis peegeldab keraamika deformatsiooni ja rakendatud jõu vahelist seost. Nagu teised elastomeerid, järgivad piesoelektrilised keraamilised materjalid Hooke'i seadust: Xmn=cmnpqxmnpq, kus cmnpq nimetatakse elastomeeri elastse kõvaduse konstandiks, X on pinge ja x on deformatsioon. Piesoelektriliste kehade puhul on piesoelektrilisuse tõttu elastsusteguri väärtus seotud elektriliste piirtingimustega.
Piesoelektrilise keraamika piesoelektrilisus:
Piesoelektrilise keraamika suurim omadus on piesoelektrilisus, sealhulgas positiivne piesoelektrilisus ja pöördpiesoelektrilisus. Positiivne piesoelektrilisus viitab positiivsete ja negatiivsete laengutsentrite suhtelisele nihkele mõnes dielektrikus mehaanilise välisjõu mõjul, mis põhjustab polarisatsiooni, mis viib dielektrikute pindadele vastupidise märgiga seotud laengute ilmnemiseni. Kui välisjõud ei ole liiga suur, on selle laengutihedus võrdeline välisjõuga, järgides valemit:
kus δ on pinnalaengu tihedus, d on piesoelektrilise deformatsiooni konstant ja T on tõmbepinge. Vastupidiselt, kui piesoelektrilisele dielektrikule rakendatakse välist elektrivälja, siis dielektriku sees olevad positiivsed ja negatiivsed laengukeskused nihkuvad ja polariseeruvad ning nihe põhjustab dielektriku deformatsiooni. Seda efekti nimetatakse pöördpiesoelektrilisuseks. Kui elektriväli ei ole väga tugev, on deformatsioonil lineaarne seos välise elektriväljaga, järgides valemit:
dt on piesoelektrilise deformatsiooni pöördkonstant, st d transponeeritud maatriks, E on rakendatud elektriväli ja x on deformatsioon. Piesoelektrilise efekti tugevus peegeldab sideme astet kristalli elastsete ja dielektriliste omaduste vahel, mida esindab elektromehaaniline sidestuskoefitsient K, mis järgib valemit:
kus u12 on piesoelektriline energia, u1 on elastsusenergia ja u2 on dielektriline energia.
Piesoelektriliste omaduste füüsikalised mehhanismid:
Polariseeritud piesoelektrilise keraamilise lehe kahes otsas on seotud laengud, seega adsorbeerub elektroodi pinnale välismaailma vabade laengute kiht. Kui keraamilisele lehele rakendatakse välist survet F, toimub tühjenemine lehe mõlemas otsas. Vastupidi, kui seda tõmmata, tekib laadimisnähtus. Nähtus, mille käigus see mehaaniline efekt muudetakse elektriliseks efektiks, kuulub positiivse piesoelektrilise efekti alla.
Lisaks on piesoelektrilisel keraamikal spontaanse polarisatsiooni omadus ja spontaanset polarisatsiooni saab teisendada välise elektrivälja toimel. Seega, kui piesoelektrilisele dielektrikule rakendatakse välist elektrivälja, toimub joonisel näidatud muutus ja piesoelektriline keraamika deformeerub. Põhjus, miks piesoelektriline keraamika deformeerub, on aga see, et kui rakendatakse sama välist elektrivälja nagu spontaansel polarisatsioonil, on see samaväärne polarisatsiooni tugevuse suurendamisega. Polarisatsioonitugevuse suurenemine muudab piesoelektrilise keraamilise lehe polarisatsioonisuunas piklikuks. Vastupidi, vastupidise elektrivälja rakendamisel lüheneb keraamiline leht piki polarisatsioonisuunda. See nähtus, mis elektrilise efekti tõttu muudetakse mehaaniliseks efektiks, on pöördpiesoelektriline efekt.
Teised omadused:
Piesoelektriline keraamika on tundlike omadustega ja suudab muuta äärmiselt nõrga mehaanilise vibratsiooni elektrilisteks signaalideks, mida saab kasutada kajaloodisüsteemides, ilmastikutuvastuses, telemeetrilises keskkonnakaitses, kodumasinates jne. Piesoelektrilise keraamika tundlikkus välisjõudude suhtes võimaldab isegi tajuda. õhu häirimine, mille põhjustavad üle kümne meetri kaugusel tiibadega lehvitavad putukad. Selle kasutamine piesoelektriliste seismomeetrite valmistamiseks võib täpselt mõõta maavärinate intensiivsust ja näidata maavärinate asimuuti ja kaugust. Peab ütlema, et see on piesoelektrilise keraamika suurepärane saavutus.
Piesoelektrilise keraamika deformatsioon elektrivälja mõjul on väga väike, maksimaalselt mitte rohkem kui üks kümnemiljondik selle enda suurusest. Ärge alahinnake seda väikest muudatust. Täppisinstrumentide ja -masinate juhtimine, mikroelektroonikatehnoloogia, biotehnoloogia ja muud valdkonnad on suur õnnistus.
Sagedusjuhtimisseadmed, nagu resonaatorid ja filtrid, on võtmekomponendid, mis määravad sideseadmete jõudluse. Piesoelektrilisel keraamikal on selles osas ilmsed eelised. Sellel on hea sageduse stabiilsus, kõrge täpsus, lai kohaldatav sagedusvahemik, väike suurus, niiskuse neeldumine ja pikk kasutusiga. Eelkõige mitme kanaliga sideseadmetes võib see parandada häiretevastast jõudlust, mistõttu eelmised elektromagnetilised seadmed ei suuda tagasi vaadata ja seisavad silmitsi ülekoormamise probleemiga. Alternatiivne saatus.
