П'езаэлектрычны эфект п'езаэлектрычнай керамікі

Калі п'езаэлектрычная кераміка палярызавана, унутры керамічнага матэрыялу ўзнікае моцная палярызацыя рэшткавага поля. Калі керамічны матэрыял падвяргаецца ўздзеянню знешняй сілы, мяжа дамена перамяшчаецца, выклікаючы змяненне інтэнсіўнасці палярызацыі і ў выніку п'езаэлектрычны эфект.

 Палярызаваная п'езаэлектрычная кераміка мае вельмі высокі каэфіцыент п'езаэлектрычнасці, які прыкладна ў некалькі сотняў разоў перавышае каэфіцыент кварцавага крышталя, але механічная трываласць саступае кварцаваму крышталю.

П'езакерамічны пласціністы пераўтваральнік - гэта такія рэчывы, як сегнетоэлектрыкі, і штучна вырабленыя полікрышталічныя п'езаэлектрычныя матэрыялы, якія маюць даменную структуру, падобную да магнітнай даменнай структуры ферамагнітных матэрыялаў. Дамен - гэта вобласць, у якой спантанна ўтвараецца малекула. Ён мае пэўны кірунак палярызацыі, таму існуе пэўнае электрычнае поле. Пры адсутнасці знешняга электрычнага поля асобныя дамены размеркаваны на крышталі выпадковым чынам, і іх эфекты палярызацыі аднаўляюцца, таму зыходная п'езаэлектрычная кераміка мае нулявую ўнутраную палярызацыю.

Аднак, калі вальтметр быў падлучаны да двух электродаў керамічнага ліста для вымярэння, палярызацыю, якая існуе ўнутры керамічнага ліста, нельга было вымераць. Гэта адбываецца таму, што палярызацыя ў п'езакерамічным лісце заўсёды выяўляецца ў выглядзе электрычнага дыпольнага моманту, гэта значыць станоўча звязаны зарад узнікае на адным канцы керамікі, а адмоўна звязаны зарад - на іншым канцы. За кошт дзеяння звязанага зарада зарад звонку адсарбуецца на паверхні электрода керамічнага ліста. Гэтыя свабодныя зарады роўныя знаку звязанага зарада ў керамічным лісце, які дзейнічае, каб экранаваць і супрацьстаяць уздзеянню палярызацыі ўнутры керамічнага ліста на знешні свет. Такім чынам, вальтметр не можа вымераць ступень палярызацыі ў керамічным лісце.

Калі на керамічны ліст прыкласці ціск F, паралельны напрамку палярызацыі, як паказана на малюнку, керамічны ліст падвергнецца дэфармацыі сціску (пункцірная лінія на малюнку), адлегласць паміж дадатнымі і адмоўнымі звязанымі зарадамі ў лісце становіцца меншай, і інтэнсіўнасць палярызацыі таксама змяняецца. Такім чынам, частка вольнага зарада, першапачаткова адсарбаванага на электродзе, вызваляецца, і адбываецца з'ява зарада. Калі ціск здымаецца, керамічны кавалак вяртаецца ў зыходны стан (гэта працэс пашырэння), адлегласць паміж станоўчымі і адмоўнымі зарадамі ў плёнцы становіцца большай, і інтэнсіўнасць палярызацыі таксама становіцца большай, так што некаторыя свабодныя зарады адсарбуюцца на электродзе і адбываецца з'ява зарадкі. Гэта з'ява пераходу ад механічнага да электрычнага або ад механічнага да электрычнага, гэта станоўчы п'езаэлектрык. эфект.

Аналагічным чынам, калі да керамічнага ліста прыкласці электрычнае поле з такім жа напрамкам палярызацыі, як у п'езакерамікі высокай магутнасці, як паказана на малюнку, паколькі кірунак электрычнага поля супадае з напрамкам палярызацыі, дзеянне электрычнага поля павялічвае палярызацыю. У гэты час адлегласць паміж станоўчымі і адмоўнымі звязанымі зарадамі ў керамічным лісце таксама павялічваецца, гэта значыць керамічны ліст выцягваецца ў напрамку палярызацыі (перарывістая лінія на малюнку). Аналагічным чынам, калі кірунак прыкладзенага электрычнага поля процілеглы кірунку палярызацыі, керамічны ліст кароціцца ў кірунку палярызацыі. Гэтая з'ява ператварэння ў механічны эфект з-за электрычнага эфекту або пераходу электрычнай энергіі ў механічную з'яўляецца зваротным п'езаэлектрычным эфектам.

   

Відаць, што п'езаэлектрычная кераміка мае п'езаэлектрычны эфект з-за спантаннай палярызацыі ўнутры керамікі. Пасля таго, як спантанная палярызацыя падвяргаецца працэсу палярызацыі і вымушана выраўноўваецца, рэшткавая палярызацыя прысутнічае ў кераміцы. Калі знешняе ўздзеянне (напрыклад, дзеянне ціску або электрычнага поля) можа змяніць палярызацыю, п'езакераміка будзе мець п'езаэлектрычны эфект. Акрамя таго, відаць, што палярызаваныя зарады ў кераміцы з'яўляюцца звязанымі зарадамі, яна не вызваляе зарады, і гэтыя звязаныя зарады не могуць свабодна рухацца. Такім чынам, з'ява разраду або зарадкі, якое ўзнікае ў кераміцы, выклікана зменай унутранай палярызацыі керамікі, якая выклікае вызваленне або папаўненне вольнага зарада на паверхні электрода.

Калі на п'езаэлектрычную кераміку дзейнічае сіла Fz у кірунку палярызацыі (кірунак Z) на плоскасць палярызацыі (г.зн. сіла перпендыкулярная плоскасці палярызацыі), то на дзвюх пасярэбраных (або пазалочаных) плоскасцях палярызацыі з'яўляюцца адпаведна дадатныя і адмоўныя зарады, велічыня зарада Qzz прапарцыйная сіле Fz, г.зн.

П'езаэлектрычны матэрыял:

П'езаэлектрычныя крышталі, такія як кварц;
П'езаэлектрычная кераміка, такая як тытанат барыю, тытанат цырканату свінцу і інш.;
П'езаэлектрычныя паўправаднікі, такія як сульфід цынку, тэлурыд кадмію і да т.п.
        
Патрабаванні да ўласцівасцей п'езаэлектрычных матэрыялаў:

Выдатнымі перавагамі п'езаэлектрычных керамічных палосак з'яўляюцца кварцавыя крышталі вельмі стабільнай працы, высокая механічная трываласць і выдатныя ізаляцыйныя ўласцівасці. Аднак кварцавыя матэрыялы дарагія і маюць значна меншы каэфіцыент п'езаэлектрычнасці, чым п'езаэлектрычная кераміка. Такім чынам, ён звычайна выкарыстоўваецца толькі ў стандартных прыборах або датчыках, якія патрабуюць больш высокіх патрабаванняў. Паколькі кварц з'яўляецца анізатропным крышталем, фізічныя ўласцівасці (такія як пругкасць, п'езаэлектрычны эфект, тэмпературныя характарыстыкі і г.д.) пласцін, разрэзаных у розных напрамках, моцна адрозніваюцца. Каб спраектаваць кварцавы датчык, форму выразання кварца правільна выбіраюць у адпаведнасці з рознымі патрабаваннямі прымянення.