Пятля п'езаэлектрычнай палярызацыі і гістэрэзісу

Палярызацыя п'езаэлектрычнай керамікі

 

Перад п'езаэлектрычны керамічны матэрыял не палярызаваны, свабодныя электроны размешчаны ў беспарадку; пасля палярызацыйнай апрацоўкі рэшткавая палярызацыя генеруецца ўздоўж напрамку палярызацыі, каб стаць анізатропным полікрышталем, свабодныя электроны маюць тэндэнцыю быць паслядоўнымі, і п'езаэлектрычнасць значна павялічваецца. Як паказана на малюнках 1 і 2, п'езаэлектрычным керамічным матэрыялам можна надаць форму і напрамкі палярызацыі. The п'езаэлектрычныя керамічныя матэрыялы да і пасля палярызацыі маюць розную дыэлектрычную пранікальнасць ε і п'езаэлектрычную пранікальнасць d.

Усталюйце дыэлектрычную пранікальнасць перад палярызацыяй: ε 11 = ε 22 = ε 33. Калі s палярызавана ўздоўж напрамку 3, дзве іншыя паверхні электрода перпендыкулярныя напрамку палярызацыі. Дыэлектрычная пранікальнасць пасля палярызацыі: ε 11 = ε 22 ≠ ε 33, прычым значэнне ε 33 значна большае, чым ε11.

П'езаэлектрычная пастаянная п'езаэлектрычнай керамікі таксама анізатропная, і значэнне п'езаэлектрычнай пастаяннай d уздоўж розных напрамкаў таксама рознае. Сярод іх значэнне ўздоўж напрамку 3 вялікае, гэта значыць d 33 >>d 31 і d 32 . Пры вымярэнні гальванометрам ток ёсць толькі ў d33, а ў двух іншых кірунках ток не выпрацоўваецца. Палярызацыя п'езаэлектрычнай керамікі вельмі падобная на намагнічанасць магнітаў, і напружанасць магнітнага поля будзе моцна змяняцца да і пасля намагнічвання.

 

Схема гістэрэзісу п'езаэлектрычнай керамікі

П'езаэлектрычная керамічная сфера з'яўляецца полікрышталічным, і калі яго тэмпература вышэй за тэмпературу Кюры Tc, гэта кубічная рашотка; калі яго тэмпература ніжэй тэмпературы Кюры Tc, гэта тэтраганальная рашотка і мае п'езаэлектрычнасць. З'ява, калі п'езаэлектрычны матэрыял можа змяняць унутраную структуру матэрыялу пры тэмпературы Tc, называецца фазавым пераходам у цвёрдым стане, а Tc называецца тэмпературай фазавага пераходу, таксама вядомай як тэмпература Кюры. Розныя п'езаэлектрычныя матэрыялы маюць розныя тэмпературы Кюры.

 

Напрыклад, тэмпература Кюры BaTiO3 складае 120 ° C, а PbTiO3 - 490 ° C. Калі тэмпература павышаецца да Tc, тры даўжыні бакоў кубічнай элементарнай ячэйкі роўныя, гэта значыць: a = b = c, у гэты час цэнтр зарада знаходзіцца ў цэнтры куба, і п'езаэлектрычная кераміка не мае п'езаэлектрычнасці. Калі тэмпература ніжэйшая за Tc, даўжыні трох бакоў чатырохкутнай элементарнай ячэйкі не роўныя, а менавіта: a = b

Сегнетоэлектрычнасць з'яўляецца пры палярызацыі п'езаэлектрычнай керамікі. Пасля другой палярызацыі будзе сфарміравана пятлявая крывая, як паказана на мал. 3 [1].

На малюнку Ps - спантанная палярызацыя; Pr - рэшткавая палярызацыя; Ec - напружанасць каэрцытыўнага поля  .

З крывой пятлі гістэрэзісу пасля палярызацыі відаць, што яна вельмі падобная на крывую пятлі гістэрэзісу, таму п'езаэлектрычную кераміку таксама называюць сегнетоэлектриками. Пасля адной палярызацыі ўзнікае рэшткавая палярызацыя Pr, якая кожны раз змяняецца па гэтай крывой. Розныя п'езаэлектрычныя матэрыялы маюць розныя завесы гістарэзісу.

 

Пераменнае электрычнае поле прыкладваецца да п'езаэлектрычнага керамічнага корпуса, і крывую гістарэзісу можна непасрэдна назіраць праз асцылограф. Калі электрычнае поле павялічваецца да пэўнай інтэнсіўнасці, інтэнсіўнасць палярызацыі дасягае насычэння. Сярод іх раздзел BC - гэта лінейнае павелічэнне, Ps - інтэнсіўнасць спантаннай палярызацыі, калі электрычнае поле роўна нулю, інтэнсіўнасць палярызацыі не роўная нулю, і P r - інтэнсіўнасць рэшткавай палярызацыі. Калі электрычнае поле наадварот павялічваецца да Ec, палярызацыя роўная нулю. Паколькі кропка Ec можа зрабіць інтэнсіўнасць палярызацыі п'езаэлектрычнай керамікі роўнай нулю, Ec называецца напружанасцю каэрцытыўнага поля. Калі электрычнае поле павялічваецца ў процілеглым кірунку, інтэнсіўнасць палярызацыі таксама ўзрастае ў процілеглым кірунку. Калі інтэнсіўнасць зваротнай палярызацыі дасягае насычэння, а затым памяншае зваротнае электрычнае поле, інтэнсіўнасць палярызацыі будзе змяняцца ўздоўж лініі крывой HFC.

 

Працэс палярызацыі - вельмі складаны працэс. Падчас палярызацыі патрабуецца не толькі моцнае электрычнае поле, але і розныя таўшчыні патрабуюць рознага часу, і найлепшы эфект палярызацыі павінен быць дасягнуты пры адносна высокай тэмпературы. The Палярызаваны п'езаэлектрычны керамічны матэрыял страціць эфект палярызацыі пры пэўнай высокай тэмпературы, а розныя п'езаэлектрычныя матэрыялы маюць розныя тэмпературы разбурэння, на што варта звярнуць увагу пры выбары п'езаэлектрычных керамічных матэрыялаў. Прадукцыйнасць палярызацыі п'езаэлектрычнай керамікі, розніца ў прадукцыйнасці паміж п'езаэлектрычнымі керамічнымі матэрыяламі да і пасля палярызацыі вельмі вялікая.