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 piëso-elektrisiteit word aansienlik verbeter. Soos in Figuur 1 en Figuur 2 getoon, kan piëzo-elektriese keramiekmateriaal in vorms en polarisasierigtings gemaak word. 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 is nie. 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 Alternatiewe 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 bereik word by 'n relatief hoë temperatuur. Die gepolariseerde piëzo-elektriese keramiekmateriaal sal die polarisasie-effek by 'n sekere hoë temperatuur verloor, en verskillende piëzo-elektriese materiale het verskillende mislukkingstemperature, waarna aandag gegee moet word wanneer piëso-elektriese keramiekmateriaal gekies word. Die polarisasieprestasie van piëzo-elektriese keramiek, die prestasieverskil tussen piëzo-elektriese keramiekmateriale voor en na polarisasie is baie groot.