Bestudeer oor polarisasie-kenmerke van piëso-elektriese keramiek

As 'n nuwe materiaal wat die afgelope jare na vore gekom het, piëzo-elektriese keramiek word wyd gebruik in die vervaardiging van elektroniese produkte en laboratoriumnavorsing. Die variasie van die diëlektriese konstante van piëso-elektriese keramiek is nou verwant aan sy strukturele eienskappe en polarisasiemodus. Daarom het die bestudering van die kenmerke van sy polarisasiemodus 'n hoë verwysing vir 'n dieper begrip en navorsing oor die nuwe materiale soos piëso-elektriese keramiek. Die polarisasiemodus van piëso-elektriese keramiek is deur eksperimente ontleed, en die polarisasiemodus van piëso-elektriese keramiek is voorspel onder die toestand van eksterne wisselende elektriese veld. Die diëlektriese spektrum is deur 'n elektriese spektrometer gemeet, en die vorige voorspelling is deur die meetdiëlektriese spektrum geverifieer en ontleed.

Polarisasie en diëlektriese parameters van piëzo-elektriese keramiekkristalle is meestal diëlektriese kristalle, ook bekend as diëlektrika. Onder die werking van 'n eksterne elektriese veld sal die diëlektrika op die induktiewe wyse op die eksterne elektriese veld reageer. 'n Sekere hoeveelheid lading verskyn in die liggaam of op die oppervlak. Hierdie verskynsel word op polarisasie genoem. Elektrodeisering word voorgestel deur 'n makroskopiese polarisasievektor P, wat gelyk is aan die vektorsom van die elektriese dipoolmomente per eenheidsvolume. As die gelyke aantal ladings wat 'n afstand verlaat onder die werking van 'n elektriese veld, wat die elektriese dipoolmoment van die ladingstelsel verteenwoordig, en die rigting van l word deur die negatiewe lading na die positiewe lading gerig. Die essensie van die polarisasie van die diëlektrikum in die eksterne elektriese veld is dat die lading die diëlektrikum vorm wat 'n makroskopiese verplasing het onder die werking van die eksterne elektriese veld. Die positiewe lading sal langs die kraglyn verplaas word, en die negatiewe lading sal die omgekeerde kraglyn verskuif, dit veroorsaak dat die diëlektrikum 'n makro-elektriese dipoolmoment opwek. Binne 'n sekere reeks is die polarisasie P eweredig aan die eksterne elektriese veld EP = ε0xE, en x word die polarisasietempo genoem. Vanuit die mikroskopiese meganisme analise is daar drie maniere om diëlektriese polarisasie te genereer, naamlik elektronverplasing polarisasie word gebruik vir verplasing polarisasie en oriëntasie polarisasie van polêre molekules.ongeag of die polarisasie werklik plaasvind, kan die resultaat toegeskryf word aan die vorming van 'n elektriese dipool in die medium, wat gekenmerk kan word deur die elektriese mole atoom of dipool moment. Die grootte van μ word nie net deur die makroskopiese elektriese veld E bepaal nie, maar ook deur die elektriese veld wat deur die aangrensende molekules gegenereer word. Die som van die twee word die effektiewe veld Ei genoem. In die formule μ = αEi, word α die polariseerbaarheid van 'n molekule of 'n atoom genoem, en dit is 'n mikroskopiese fisiese grootheid wat die polarisasie-eienskappe van 'n molekule beskryf.

1.1 Elektronverplasingpolarisasie

Onder die werking van 'n eksterne elektriese veld sal die elektronwolk in die atome en ione waaruit die diëlektrikum bestaan, verwring word, wat veroorsaak dat die elektronwolk relatief tot die kern beweeg, en sodoende 'n elektriese dipoolmoment opwek. Hierdie polarisasie word die verplasingpolarisasie van elektrone genoem. Elektronverplasingpolarisasie is 'n vorm van polarisasie wat alle diëlektrika het. Die verplasingpolarisasie van 'n elektron dui aan dat as gevolg van die invloed van die eksterne elektriese veld, die elektron 'n sekere waarskynlikheid sal hê om energie te absorbeer en tussen die ooreenstemmende energievlakke oor te gaan. Aangesien die buitenste elektrone swak deur atome gebind is, word die elektronverplasing van atome hoofsaaklik van valenselektrone afgelei. Die verplasing polariseerbaarheid van die elektron word voorgestel deur αe, en daar word aanvaar dat die molekule wat oorweeg word 'n sfeer is, wat bereken word deur 'n puntlading sfeer-piezo-keramiekmodel en 'n sirkelvormige wentelbaanmodel.

Ioon verplasing polarisasie

Oriëntasiepolarisasie van die intrinsieke elektriese dipoolmoment

As die molekule die diëlektrikum vorm wat 'n polêre molekule is, waarvan die positiewe ladingsentrum nie saamval met die middelpunt van die negatiewe lading nie, het dit 'n inherente elektriese dipoolmoment. In die afwesigheid van 'n eksterne elektriese veld, aangesien die elektriese dipoolmoment van die termiese beweging diëlektriese molekules van piëso-elektriese keramiekkomponent is ruimtelik versteur, die waarskynlikheid om in alle rigtings te wys is dieselfde, en die molekulêre elektriese dipoolmomente kanselleer mekaar uit. Daarom het die diëlektrikum as geheel geen elektriese dipoolmoment nie. Wanneer 'n eksterne elektriese veld toegepas word, word die positiewe en negatiewe ladings van die molekulêre elektriese dipool beïnvloed deur die elektriese veldkrag, en daar is 'n neiging om na die rigting van die eksterne elektriese veld te wys, of hulle moet in 'n stabiele toestand gehou word, sodat die energie van die stelsel tot die minimum beperk word, en dit is nodig om na die rigting van die eksterne elektriese veld te wys. Of presessie rondom 'n eksterne elektriese veld. Volgens statistiese teorie is die aantal deeltjies by energie E eweredig aan e=-EkT. Hiervolgens kan die polariseerbaarheidαd van die oriëntasiepolarisasie van die diëlektriese molekule bereken word. Dd=μ2 .In die 3kT-formule is μ die molekulêre intrinsieke elektriese dipoolmoment, k is die Boltzmann-konstante, en T is die temperatuur.

Die totale polariseerbaarheid α van die molekule kan beskou word as die som van die polariseerbaarheid van verskeie meganismes α = αe + αa + αd. As die aantal molekules per volume-eenheid N is, kan die makroskopiese polarisasievektor P met die mikroskopiese molekulêre polariseerbaarheid α gekorreleer word. P=NαEiP=ε0(εr-1)E=NαEi, dus die effektiewe elektriese veld Ei wat deur elke molekulêre polarisasie in die diëlektriese konstante medium waargeneem word verskil van die makroskopiese gemiddelde elektriese veld E. Vir 'n molekule word dit nie net deur E beïnvloed nie, maar ook deur die elektriese veld wat deur ander polarisasies gegenereer word. Daar word in die vooruitsig gestel dat die molekulêre model wat ondersoek word, 'n sfeer is, en die radius van die sfeer is baie groter as die spasiëring van die atome. Die invloed van molekulêre polarisasie buite, die ultrasoniese piëso-elektriese transducer kan op 'n makroskopiese wyse as 'n kontinue gepolariseerde medium behandel word. Die graadreaksies op die verandering van die eksterne veld tydens die polarisasie van die medium word voorgestel deur die ontspanningstyd τ. Die fisiese betekenis van τ is om 'n konstante elektriese veld by die diëlektrikum te voeg, die elektriese veld te verwyder nadat die polarisasie gestabiliseer is, en die tyd τ, die polarisasie P, te laat verbygaan. Die som van die elektriese dipoolmomentvektore in die volume word verminder tot 1/e van die oorspronklike pm, dit wil sê P=Pmetτ. Aangesien daar ontspanning in die polarisasieproses is, is D (verplasingsvektor), P en E veranderinge nie in fase nie. D, P sal agter die fase van E bly. Die sinusvormige elektriese wisselveld word deur 'n komplekse getal voorgestel. Om die diëlektriese spektrum van die piëso-elektriese keramiek te meet, word in hierdie eksperiment 'n gonser gemaak van piëso-elektriese keramiek tussen twee sirkelvormige elektrodeplate geplaas, en die hoekfrekwensie word by die elektrodeplaat en sinusvormige spanning van ω gevoeg.