Piëso-elektriese polarisasie en histerese lus

Polarisasie van piëzo-elektriese keramiek

 

Voor die piëzo-elektriese keramiekmateriaal is nie gepolariseer nie, die vrye elektrone is in wanorde gerangskik; na die polarisasiebehandeling word remanente polarisasie langs die polarisasierigting gegenereer om 'n anisotropiese polikristal te word, die vrye elektrone is geneig om konsekwent te wees, en die piëzo-elektrisiteit word aansienlik verbeter. Soos getoon in Figuur 1 en Figuur 2, kan piëzo-elektriese keramiek materiaal gemaak word in vorms en polarisasie rigtings. Die piëso-elektriese keramiekmateriaal voor en na polarisasie het verskillende diëlektriese konstante ε en piëso-elektriese konstante d.

Stel die diëlektriese konstante voor polarisasie: ε 11 = ε 22 = ε 33. As die s langs rigting 3 gepolariseer is, is die ander twee elektrodevlakke loodreg op die polarisasierigting. Die diëlektriese konstante na polarisasie: ε 11 = ε 22 ≠ ε 33, en die waarde van ε 33 is baie groter as dié van ε11.

Die piëso-elektriese konstante van piëso-elektriese keramiek is ook anisotropies, en die waarde van die piëso-elektriese konstante d langs verskillende rigtings is ook anders. Onder hulle is die waarde langs rigting 3 groot, dit wil sê d 33 >>d 31 en d 32 . As dit met 'n galvanometer gemeet word, is daar net stroom in d33, en geen stroom word in die ander twee rigtings opgewek nie. Die polarisasie van piëzo-elektriese keramiek is baie soortgelyk aan die magnetisering van magnete, en die magnetiese veldsterkte sal grootliks verander voor en na magnetisering.

 

Histerese kring van piëzo-elektriese keramiek

Piëso-elektriese keramieksfeer is polikristallyn, en wanneer sy temperatuur hoër is as die Curie-temperatuur Tc, is dit 'n kubieke rooster; wanneer sy temperatuur onder die Curie-temperatuur Tc is, is dit 'n tetragonale rooster en het piëso-elektrisiteit. Die verskynsel dat die piëso-elektriese materiaal die interne struktuur van die materiaal by die temperatuur Tc kan verander, word vastestoffase-oorgang genoem, en Tc word die fase-oorgangstemperatuur genoem, ook bekend as die Curie-temperatuur. Verskillende piëzo-elektriese materiale het verskillende Curie-temperature.

 

Byvoorbeeld, die Curie-temperatuur Tc van BaTiO3 is 120 ° C, en dié van PbTiO3 is 490 ° C. Wanneer die temperatuur tot Tc styg, is die drie sylengtes van die kubieke eenheidsel gelyk, dit wil sê: a = b = c, op hierdie tydstip is die ladingsentrum in die middel van die kubus geleë, en piëzo-elektriese piëzo-elektriese piëzo-elektriese sel. Wanneer die temperatuur laer as Tc is, is die lengtes van die drie sye van die tetragonale eenheidsel nie gelyk nie, naamlik: a = b

Ferroelektrisiteit verskyn wanneer piëso-elektriese keramiek gepolariseer word. Na die tweede polarisasie sal 'n luskromme gevorm word, soos getoon in Fig. 3 [1].

In die figuur is Ps die spontane polarisasie; Pr is die remanente polarisasie; Ec is die dwingende veldsterkte  .

Dit kan gesien word uit die histerese luskromme na polarisasie dat dit baie soortgelyk is aan die histerese luskromme, so piëso-elektriese keramiek word ook ferroelektrika genoem. Na een polarisasie is daar 'n remanente polarisasie Pr, wat elke keer daarna langs hierdie kromme verander. Verskillende piëso-elektriese materiale het verskillende histerese-lusse.

 

'n Wisselende elektriese veld word op die piëso-elektriese keramiekliggaam toegepas, en die histerese-kromme kan direk deur 'n ossilloskoop waargeneem word. Wanneer die elektriese veld tot 'n sekere intensiteit toeneem, bereik die polarisasie-intensiteit versadiging. Onder hulle is die BC-seksie 'n lineêre toename, Ps is die spontane polarisasie-intensiteit, wanneer die elektriese veld nul is, is die polarisasie-intensiteit nie gelyk aan nul nie, en P r is die remanente polarisasie-intensiteit. Wanneer die elektriese veld omgekeerd na Ec verhoog word, is die polarisasie nul. Aangesien die Ec-punt die polarisasie-intensiteit van piëso-elektriese keramiek nul kan maak, word Ec die dwingende veldsterkte genoem. Wanneer die elektriese veld in die teenoorgestelde rigting toeneem, neem die polarisasie-intensiteit ook toe in die teenoorgestelde rigting. Wanneer die omgekeerde polarisasie-intensiteit versadiging bereik, en dan die omgekeerde elektriese veld verminder, sal die polarisasie-intensiteit langs die kurwe HFC-lyn verander.

 

Polarisasieproses is 'n baie ingewikkelde proses. Nie net moet 'n hoë elektriese veld tydens polarisasie vereis word nie, maar verskillende diktes vereis verskillende tye, en die beste polarisasie-effek moet by 'n relatief hoë temperatuur bereik word. Die gepolariseerde piëzo-elektriese keramiekmateriaal sal die polarisasie-effek by 'n sekere hoë temperatuur verloor, en verskillende piëzo-elektriese materiale het verskillende mislukkingstemperature, waaraan aandag gegee moet word wanneer piëso-elektriese keramiekmateriaal gekies word. Die polarisasie prestasie van piëzo-elektriese keramiek, die prestasie verskil tussen piëzo-elektriese keramiek materiale voor en na polarisasie is baie groot.