الاستقطاب الكهرضغطي وحلقة التباطؤ

استقطاب السيراميك الكهرضغطي

 

قبل مادة السيراميك الكهرضغطية غير مستقطبة، والإلكترونات الحرة مرتبة بشكل غير منتظم؛ بعد معالجة الاستقطاب، يتم إنشاء الاستقطاب المتبقي على طول اتجاه الاستقطاب ليصبح متعدد البلورات متباين الخواص، وتميل الإلكترونات الحرة إلى أن تكون متسقة، ويتم تعزيز الكهرباء الضغطية بشكل كبير. كما هو مبين في الشكل 1 والشكل 2، يمكن تحويل المواد الخزفية الكهرضغطية إلى أشكال واتجاهات استقطاب. ال المواد الخزفية الكهرضغطية قبل وبعد الاستقطاب لها ثابت عازل مختلف ε وثابت كهرضغطي d.

اضبط ثابت العزل الكهربائي قبل الاستقطاب: ε 11 = ε 22 = ε 33. إذا s كان مستقطبًا على طول الاتجاه 3، فإن وجهي القطب الآخرين يكونان متعامدين مع اتجاه الاستقطاب. ثابت العزل بعد الاستقطاب: ε 11 = ε 22 ≠ ε 33، وقيمة ε 33 أكبر بكثير من قيمة ε11.

إن الثابت الكهرضغطي للسيراميك الكهرضغطي هو أيضًا متباين الخواص، وتختلف أيضًا قيمة ثابت الكهرضغطية d في اتجاهات مختلفة. من بينها، القيمة على طول الاتجاه 3 كبيرة، أي d 33 >>d 31 و d 32 . إذا تم قياسه باستخدام الجلفانومتر، يوجد تيار فقط في d33، ولا يتولد تيار في الاتجاهين الآخرين. إن استقطاب السيراميك الكهرضغطي يشبه إلى حد كبير مغنطة المغناطيس، وسوف تتغير قوة المجال المغناطيسي بشكل كبير قبل وبعد المغنطة.

 

دائرة التباطؤ من السيراميك كهرضغطية

مجال السيراميك الكهرضغطي متعدد البلورات، وعندما تكون درجة حرارته أعلى من درجة حرارة كوري Tc، فهو عبارة عن شبكة مكعبة؛ عندما تكون درجة حرارته أقل من درجة حرارة كوري Tc، فهو عبارة عن شبكة رباعية الزوايا ولها كهرباء ضغطية. إن ظاهرة قدرة المادة الكهرضغطية على تغيير البنية الداخلية للمادة عند درجة الحرارة Tc تسمى انتقال طور الحالة الصلبة، وتسمى Tc درجة حرارة انتقال الطور، والمعروفة أيضًا باسم درجة حرارة كوري. المواد الكهرضغطية المختلفة لها درجات حرارة كوري مختلفة.

 

على سبيل المثال، درجة حرارة كوري Tc لـ BaTiO3 هي 120 درجة مئوية، ودرجة حرارة PbTiO3 هي 490 درجة مئوية. عندما ترتفع درجة الحرارة إلى Tc، تكون أطوال الجوانب الثلاثة لخلية الوحدة المكعبة متساوية، أي: a = b = c، في هذا الوقت يقع مركز الشحن في وسط المكعب، والسيراميك الكهرضغطي ليس لديه كهرضغطية. عندما تكون درجة الحرارة أقل من Tc فإن أطوال الأضلاع الثلاثة لخلية الوحدة الرباعية ليست متساوية وهي: a = b

تظهر الكهرباء الحديدية عندما يتم استقطاب السيراميك الكهرضغطي. وبعد الاستقطاب الثاني، سيتم تشكيل منحنى حلقي، كما هو موضح في الشكل 3 [1].

في الشكل، Ps هو الاستقطاب التلقائي؛ Pr هو الاستقطاب المتبقي؛ Ec هي قوة المجال القسري  .

يمكن أن نرى من منحنى حلقة التباطؤ بعد الاستقطاب أنه يشبه إلى حد كبير منحنى حلقة التباطؤ، لذلك يُطلق على السيراميك الكهرضغطي أيضًا اسم الكهرباء الحديدية. بعد استقطاب واحد، يكون هناك استقطاب دائم Pr، والذي يتغير على طول هذا المنحنى في كل مرة بعد ذلك. تحتوي المواد الكهرضغطية المختلفة على حلقات تباطؤ مختلفة.

 

يتم تطبيق مجال كهربائي متناوب على الجسم الخزفي الكهرضغطي، ويمكن ملاحظة منحنى التباطؤ مباشرة من خلال راسم الذبذبات. عندما يزيد المجال الكهربائي إلى شدة معينة، تصل شدة الاستقطاب إلى التشبع. من بينها، قسم BC هو زيادة خطية، Ps هي شدة الاستقطاب التلقائي، عندما يكون المجال الكهربائي صفرًا، فإن شدة الاستقطاب لا تساوي الصفر، وP r هي شدة الاستقطاب المتبقية. عندما يزداد المجال الكهربائي بشكل عكسي إلى Ec، يصبح الاستقطاب صفراً. نظرًا لأن نقطة Ec يمكن أن تجعل شدة الاستقطاب للسيراميك الكهرضغطي صفرًا، فإن Ec تسمى قوة المجال القسري. عندما يزداد المجال الكهربائي في الاتجاه المعاكس، تزداد شدة الاستقطاب أيضًا في الاتجاه المعاكس. عندما تصل شدة الاستقطاب العكسي إلى التشبع، ثم تقلل المجال الكهربائي العكسي، ستتغير شدة الاستقطاب على طول خط منحنى HFC.

 

عملية الاستقطاب هي عملية معقدة للغاية. ولا يقتصر الأمر على الحاجة إلى مجال كهربائي عالي أثناء الاستقطاب، بل تتطلب السماكات المختلفة أوقاتًا مختلفة، ويجب تحقيق أفضل تأثير استقطاب عند درجة حرارة عالية نسبيًا. ال ستفقد مادة السيراميك الكهرضغطية المستقطبة تأثير الاستقطاب عند درجة حرارة عالية معينة، والمواد الكهرضغطية المختلفة لها درجات حرارة فشل مختلفة، والتي يجب الانتباه إليها عند اختيار مواد السيراميك الكهرضغطية. أداء الاستقطاب للسيراميك الكهرضغطي، فرق الأداء بين مواد السيراميك الكهرضغطية قبل وبعد الاستقطاب كبير جدًا.