Proses van piëso-elektriese keramiese fisiese meganisme

Piëso-elektriese keramiek is 'n polikristallyne film met 'n piëzo-elektriese effek, en die produksieproses is vernoem na sy soortgelyke produksieproses (verpulvering van grondstowwe, giet, sintering met hoë temperatuur). Sommige anisotropiese piëzo-kristalle ondergaan vervorming onder meganiese krag, wat veroorsaak dat die gelaaide deeltjies relatief verplaas word,PZT materiaal piëzo keramiek skyf lei tot positiewe en negatiewe gebonde ladings op die oppervlak van die piëzo kristal. Hierdie verskynsel word piëso-elektriese effek genoem. Hierdie eienskap van die kristal word piëso-elektrisiteit genoem. Piëzo-elektrisiteit is in 1880 deur J. Curie en P. Curie broers ontdek. 'n Paar maande later het hulle eksperimenteel die omgekeerde piëzo-elektriese effek geverifieer, dit wil sê, wanneer 'n spanning op die piëzo-kristal toegepas word, sal die piëzo-kristal geometriese vervorming ondergaan. Voor 1940 was net twee tipes ferro-elektrika bekend (nie net spontaan gepolariseer in 'n sekere temperatuurreeks nie, maar ook die spontane polarisasie van die kristalle wat heroriënteer kan word as gevolg van die eksterne veldsterkte): een is die res sout en 'n paar naverwante tartraat; een is kaliumdiwaterstoffosfaat en die ekwivalent daarvan. Eersgenoemde het piëso-elektrisiteit by normale temperatuur, en het tegniese gebruikswaarde, maar het die nadeel dat dit maklik is om op te los; laasgenoemde het piëzo-elektrisiteit by lae temperatuur (minder as -14 C), en die ingenieursgebruikswaarde is nie groot nie. Daar is gevind dat bariumtitanaat (BaTiO) 'n abnormaal hoë diëlektriese konstante gehad het tussen 1942 en 1945. Daar is gou gevind dat dit piëso-elektries was, en die ontdekking van BaTi O piëso-elektriese keramiek was 'n kwantumsprong in piëso-elektriese materiale. Voorheen was daar slegs 'n piëzo-elektriese enkelkristal materiaal, en daarna het 'n piëso-elektriese polikristallyne materiaal, piëzo-elektriese keramiek verskyn en is wyd gebruik. In 1947 het die Verenigde State BaTiO-keramiek gebruik om bakkies vir fonograwe te maak. Japan het dit twee jaar later as die Verenigde State gebruik. BaTiO het die nadeel dat die piëzo-elektrisiteit swakker is as die rustende sout en die piëzo-elektrisiteit is groter as die piëzo-kwartskristal met temperatuur. In 1954 het B. Jaffe en ander die piëzo-elektriese PbZrO-PbTiO (PZT) vaste oplossingstelsel ontdek, wat 'n epogmakende gebeurtenis is wat dit onmoontlik gemaak het om toestelle in die BaTiO-era te vervaardig. Sedertdien is PZT deursigtige piëzo-elektriese keramiek ontwikkel om die toepassing van piëzo-elektriese keramiek uit te brei na die veld van optika. Tot dusver is die toepassing van piëzo-elektriese keramiek, vanaf die ontwikkeling van die heelal tot die lewe van die gesin, uiters omvattend. China se navorsing oor piëzo-elektriese keramiek het in die laat 1950's begin, ongeveer 10 jaar later as die buiteland. Tans is daar nogal sterk kragte in die proefproduksie en industriële produksie van piëso-elektriese keramiek. Baie materiaal het die internasionale vlak bereik of is naby aan die.

Die fisiese meganisme van piëzokeramiese piëso-elektrisiteit

Piëso-elektriese keramiek is polikristalle waarvan die piëzo-elektrisiteit verklaar kan word deur die piëzo-elektrisiteit van die piëzo-elektriese skywe kristal . Onder die werking van meganiese krag verander die totale elektriese dipoolmoment (polarisasie), wat lei tot 'n piëso-elektriese verskynsel. Piëso-elektrisiteit is nou verwant aan polarisasie, vervorming.

Mikroskopiese meganisme van polarisasie
Die polarisasietoestand is 'n toestand waarin die elektriese veld 'n relatiewe verplasingskrag op die gelaaide punt van die diëlektrikum uitoefen en 'n tydelike balans van wedersydse aantrekking tussen die ladings. Daar is drie hoofpolarisasiemeganismes.

(1) Elektronverplasingpolarisasie—Die atoom of ioon van 'n diëlektrikum val nie saam met die negatiewe ladingsentrum van 'n positief gelaaide kern en 'n dopelektron onder die werking van 'n elektriese veldkrag nie.
(2) Lang verplasingspolarisasie—die positiewe en negatiewe ione van die diëlektrikum word relatief verplaas onder die werking van 'n elektriese veldkrag, waardeur 'n elektriese dipoolmoment opgewek word.
(3) Oriëntasiepolarisasie—die polêre molekules waaruit die diëlektrikum bestaan, het 'n sekere intrinsieke (inherente) elektriese moment. As gevolg van termiese beweging is die oriëntasie versteurd, die totale elektriese moment is nul. Wanneer 'n elektriese veld toegepas word, word die rigting van die elektriese veld in lyn gebring en 'n makroskopiese elektriese dipoolmoment verskyn.
Vir anisotropiese kristalle, die verband tussen polarisasie en elektriese veld

2. Piëzo-elektriese effek

(1) Positiewe piëso-elektriese effek
Wanneer die peizo-elektriese skywe keramiek transducer word vervorm deur 'n eksterne krag, die positiewe en negatiewe lading sentrums is relatief verplaas, en die teenoorgestelde ladings word gegenereer op 'n paar ooreenstemmende vlakke, en die polarisasie-intensiteit vind plaas. Hierdie verskynsel van geen elektriese veld en polarisasie deur vervorming word 'n positiewe piëso-elektriese effek genoem.

Vir anisotropiese kristalle word spanning op die piëzo-kristal toegepas, en die kristal sal 'n proporsionele polarisasie in die drie rigtings van X, Y en Z vertoon, wat onderskeidelik piëso-elektriese spanningskonstante en piëzo-elektriese spanningskonstante genoem word.

(2) Inverse piëso-elektriese effek
Wanneer 'n elektriese veld op die kristal toegepas word, word nie net polarisasie nie, maar ook vervorming gegenereer, en hierdie verskynsel van vervorming deur die elektriese veld word 'n inverse piëso-elektriese effek genoem. Dit is omdat wanneer die kristal aan 'n elektriese veld onderwerp word, spanning (piëso-elektriese spanning) binne die kristal gegenereer word, en piëso-elektriese spanning word gegenereer deur spanning.
.
3. Meganisme van druk effek

Die piëzo-elektriese effek is die eerste keer op piëzo-kristalle ontdek. Nou gebruik ons ​​PZT-materiaalkristalle as 'n model om die fisiese meganisme van die piëso-elektriese effek te illustreer.

Wanneer geen druk toegepas word nie, word die positiewe en negatiewe ladingsentrums van die piëzo-kristal versprei. Op hierdie tydstip val die positiewe en negatiewe ladingsentrums saam, en die totale elektriese moment van die piëzo-kristal is gelyk aan nul, en die kristaloppervlak is nie gelaai nie (nie piëzo-elektries nie).

Wanneer druksensor in die x-rigting toegepas word, word die materiaalkristal vervorm, en die positiewe en negatiewe ladingsentrums word geskei, dit wil sê die elektriese dipool verander, sodat ladingakkumulasie op die X-vlak plaasvind.
Wanneer druk in die Y-as rigting toegepas word, word die verspreiding van die positiewe en negatiewe ladingsentrums van die kristal hier getoon, wanneer die totale elektriese dipoolmoment verander en 'n ladingakkumulasie op die X-vlak teenoor die voorkant veroorsaak. Dit is duidelik dat dit die vorige drukkrag vervang met 'n trekkrag wat aandui dat die teken van die lading omgekeer is. Kortom, wanneer 'n druksensor op 'n piëso-elektriese kristal toegepas word, kan 'n piëso-elektriese effek veroorsaak word.