П'езаэлектрычныя матэрыялы - гэта функцыянальныя матэрыялы, якія ажыццяўляюць пераўтварэнне механічнай энергіі ў электрычную (2)

Спосаб атрымання п'езаэлектрычнай плёнкі

Метады падрыхтоўкі п'езаэлектрычных тонкіх плёнак - гэта ў асноўным традыцыйныя метады вакуумнага нанясення пакрыццяў, у тым ліку нанясенне пакрыццяў у вакууме, напыленне, нанясенне хімічнага нанясення пароў таўшчынёй 0 ~ 18 мкм, новы золь-гель метад, гідратэрмальны метад, метад электрафарэтычнага нанясення, падрыхтоўка 10-100 мкм п'езаэлектрычнага тоўстага плёнкавага матэрыялу.

Тоўстая п'езаэлектрычная плёнка звычайна адносіцца да п'езаэлектрычнай плёнкі  п'езі, датчык напружання матэрыялу, датчык ціску, збор энергіі, датчык сціску, датчык п'езапашырэння і іншыя. ~!phoenix_var123_1!~~!phoenix_var123_2!~

1. Пакрыццё вакуумным выпарваннем

Нанясенне вакуумнага напылення заключаецца ў выпарэнні рэчывы шляхам награвання і нанясенні яго на цвёрдую паверхню, што называецца напыленнем. Упершыню гэты метад быў прапанаваны М. Фарадэем у 1857 годзе, і мадэрнізацыя стала адной з шырока выкарыстоўваных тэхналогій нанясення пакрыццяў.

Нанясенне пакрыцця вакуумным выпарваннем ўключае ў сябе тры асноўныя працэсы:

(1) Працэс награвання і выпарэння, уключаючы працэс пераходу з кандэнсаванай фазы ў газавую (цвёрдую фазу або вадкую фазу→газавую фазу). Кожнае рэчыва, якое выпараецца, мае розны ціск насычанай пары пры розных тэмпературах. Пры выпарэнні злучэння яго кампаненты ўступаюць у рэакцыю, і некаторыя з іх трапляюць у выпарную прастору ў газападобным стане або парах.

(2) Транспарціроўка выпараных атамаў або малекул паміж крыніцай выпарэння і падкладкай, а таксама працэс палёту гэтых прыкладаў у навакольнай атмасферы. Колькасць сутыкненняў з малекуламі рэшткавага газу ў вакуумнай камеры падчас палёту залежыць ад сярэдняй даўжыні вольнага прабегу выпараных атамаў і адлегласці ад крыніцы выпарэння да падкладкі, якую часта называюць адлегласцю крыніца-база.

(3) Працэс выпадзення выпараных атамаў або малекул на паверхні падкладкі, а таксама кандэнсацыя пары, зараджэнне зародкаў, рост ядра і ўтварэнне суцэльнай плёнкі. Паколькі тэмпература падкладкі значна ніжэйшая за тэмпературу крыніцы выпарэння, працэс фазавага пераходу малекул асадка на паверхні падкладкі п'езакераміка п'езаэлектрычны пераўтваральнік будзе адбывацца непасрэдна з газавай фазы ў цвёрдую фазу....

Калі рэчыва выпараецца, важна ведаць ціск насычанай пары, хуткасць выпарэння і сярэдні свабодны прабег выпараных малекул. Існуе тры тыпу крыніц выпарэння.

①Крыніца супраціўлення нагрэву: выраблена з тугаплаўкіх металаў, такіх як вальфрам і тантал, выраблена з фальгі або ніткі напальвання, прапускае ток для нагрэву матэрыялу, які выпараецца над ім, або змяшчаецца ў тыгель (крыніца супраціўлення нагрэву ў асноўным выкарыстоўваецца для выпарэння Cd, Pb, Ag, Al, Cu, Cr, Au, Ni і іншых матэрыялаў.

② Крыніца высокачашчыннага індукцыйнага нагрэву: награванне тыгля і матэрыялу, які выпараецца, індукцыйным токам высокай частаты.

③ Крыніца электронна-прамянёвага нагрэву: падыходзіць для матэрыялаў з высокай тэмпературай выпарэння (не менш за 2000), гэта значыць бамбіць матэрыял электронным пучком, каб прымусіць яго выпарыцца.

Каб нанесці монакрышталічную плёнку высокай чысціні, можна выкарыстоўваць малекулярна-прамянёвую эпітаксію. Рэактыўная печ абсталявана крыніцай малекулярнага пучка. Калі ён награваецца да пэўнай тэмпературы ў звышвысокім вакууме, то  элементы п'езадыскавага пераўтваральніка  ў печы накіраваны на падкладку ў выглядзе пучка малекулярнага патоку. Падкладка награваецца да пэўнай тэмпературы, малекулы, асаджаныя на падкладку, могуць міграваць, і крышталі вырошчваюцца ў парадку рашоткі падкладкі. Метадам малекулярна-прамянёвай эпітаксіі можна атрымаць монакрышталічную плёнку злучэння высокай чысціні з неабходным стэхіаметрычным суадносінамі, прычым плёнка расце найбольш павольна. Хуткасць можна кантраляваць на ўзроўні 1 аднаго пласта/секунду. Кіруючы перагародкай, можна дакладна вырабляць тонкія п'езакрышталічныя плёнкі з патрэбным складам і структурай. Малекулярна-прамянёвая эпітаксія шырока выкарыстоўваецца для вытворчасці розных аптычных інтэграваных прылад і розных плёнак са звышрашоткавай структурай

2. Вакуумнае напыленне пакрыцця

Прыклад з кінетычнай энергіяй больш за некалькі сотняў электронвольт або пучок іёнаў бамбардзіруе паверхню цвёрдага цела, так што атамы, блізкія да паверхні цвёрдага цела, атрымліваюць частку энергіі падаючых часціц і пакідаюць цвёрдае цела, каб увайсці ў вакуум. Гэта з'ява называецца распыленнем. Феномен распылення ўключае складаны працэс рассейвання і суправаджаецца рознымі механізмамі перадачы энергіі.

Звычайна лічыцца, што гэты працэс у асноўным з'яўляецца так званым каскадным працэсам сутыкнення, гэта значыць іёны, якія падаюць, пругка сутыкаюцца з атамамі-мішэнямі, так што атамы-мішэні атрымліваюць дастатковую энергію, каб пераадолець патэнцыяльны бар'ер, утвораны навакольнымі атамамі, і пакінуць зыходнае становішча, а наступныя і бліжэйшыя атамы сутыкаюцца. Калі гэты каскад сутыкненняў дасягае паверхні мэтавага атама, так што атамы атрымліваюць энергію, большую, чым павярхоўная энергія сувязі, гэтыя атамы пакідаюць паверхню мэтавага атама і трапляюць у вакуум. У цяперашні час дадатковыя даследаванні нанясення пакрыццяў з дапамогай магнетроннага распылення. Магнетроннае распыленне заключаецца ў выкананні высакахуткаснага распылення пад нізкім ціскам, і неабходна эфектыўна павялічыць хуткасць іянізацыі газу. Уводзячы магнітнае поле на катодную паверхню мішэні, магнітнае поле выкарыстоўваецца для стрымлівання зараджаных часціц, каб павялічыць шчыльнасць плазмы і павялічыць хуткасць распылення. Выкарыстоўвайце знешняе магнітнае поле для захопу электронаў, пашырэння і стрымлівання шляху руху электронаў, павышэння хуткасці іянізацыі і павелічэння хуткасці пакрыцця.

4. Новы метад раствора геля

Новы золь-гель метад заключаецца ў даданні прыгатаванага парашка (таго ж складу, што і золь) у золь, а затым у раствор у якасці дыспергатара дадаюць пэўны арганічны растваральнік, а таксама дадаюць іншыя арганічныя растваральнікі для рэгулявання глейкасці і pH раствора. Бесперапынная ультрагукавая вібрацыя рассейвае нана-парашок у растворы, і, нарэшце, атрымлівае аднастайны раствор парашка, і дэпазіты неабходнай плёнкі на падкладку метадам золь-гель. У гэтым працэсе нанясення часціцы парашка дзейнічаюць як затравочныя крышталі.

Такім чынам можна атрымаць тоўстую плёнку таўшчынёй у дзясяткі мікрон. Гэта дазваляе пазбегнуць расколін або нават падзення плёнкі, выкліканай тоўстай плёнкай, прыгатаванай традыцыйным золь-гель метадам. Прыгатаваныя кампаненты тоўстай плёнкі раўнамерна змешаныя і маюць высокую чысціню, і не патрабуюць высокатэмпературнага спякання. Атрыманая тоўстая плёнка сумяшчальная з працэсам падрыхтоўкі паўправаднікоў. І абсталяванне простае, і кошт невысокая, і склад мембраны можна кантраляваць, таму гэты метад у цяперашні час выкарыстоўваецца часцей.

5. Гидротермальный метад

Гідратэрмальны метад адносіцца да выкарыстання воднага раствора ў якасці рэакцыйнай асяроддзя ў спецыяльна зробленым закрытым рэакцыйным сасудзе (аўтаклаве). Пры награванні рэакцыйнага сасуда ствараецца рэакцыйнае асяроддзе з высокай тэмпературай і высокім ціскам, у выніку чаго звычайна нерастваральныя або нерастваральныя рэчывы раствараюцца і перакрышталізуюцца. Тоўстая плёнка, прыгатаваная гэтым метадам, заключаецца ў стэхіаметрычным змешванні некаторых злучэнняў у кампаненце тоўстай плёнкі, які трэба прыгатаваць, у насычаны раствор у пэўным шчолачным асяроддзі і рэгуляванні значэння PH. Пасля гэтага раствор пераносяць у аўтаклаў, і пасля пэўнага часу рэакцыі на падкладцы можна нарошчваць пэўную таўшчыню.

Гидротермальная падрыхтоўка тоўстых плёнак мае мноства пераваг:

① Працэс завяршаецца ў вадкай фазе за адзін раз, і не патрабуецца тэрмічная апрацоўка пасля крышталізацыі, што дазваляе пазбегнуць такіх дэфектаў, як расколіны, укрупненне збожжа, рэакцыі з падкладкай або атмасферай, якія могуць узнікнуць у працэсе тэрмічнай апрацоўкі;

②Неарганічныя матэрыялы выкарыстоўваюцца ў якасці папярэднікаў, а вада выкарыстоўваецца ў якасці рэакцыйнай асяроддзя. Сыравіна лёгка даступная, што зніжае кошт падрыхтоўкі плёнкі і менш забруджвае навакольнае асяроддзе;

③ Абсталяванне простае, а тэмпература гідратэрмальнай апрацоўкі нізкая, што дазваляе пазбегнуць узаемнай дыфузіі кампанентаў плёнкі і падкладкі да і пасля гідратэрмальнай апрацоўкі. Атрыманая плёнка мае высокую чысціню і добрую аднастайнасць. Акрамя таго, калі гэты метад выкарыстоўваецца для падрыхтоўкі тоўстых плёнак, тоўстыя плёнкі можна наносіць на паверхні падкладкі рознай складанай формы. Атрыманыя тоўстыя плёнкі маюць некаторыя перавагі спантаннай палярызацыі, нізкага гістарэзісу і добрай сувязі з падкладкамі. . У цяперашні час гэты метад прыцягвае ўсё больш увагі.

6. Метад электрафарэтычнага нанясення

Электрафарэтычнае асаджэнне (EPD) адносіцца да дысперсіі прыгатаванага дробнага парашка з тым жа складам, што і тоўстая плёнка ў завісі, з адукацыяй завісі з рознымі канцэнтрацыямі, і рэгуляванне значэння рн завісі з дапамогай кіслотна-асноўнага раствора. Устойлівая завісь атрымліваецца з дапамогай ультрагукавой дысперсіі і магнітнага мяшання, і пад пастаянным ціскам зараджаныя часціцы рухаюцца накіравана пад дзеяннем электрычнага поля, у выніку чаго атрымліваецца тоўстая плёнка пэўнай таўшчыні. Тоўстая плёнка, прыгатаваная гэтым метадам, мае такія перавагі, як простае абсталяванне, хуткае фарміраванне плёнкі, неабмежаваная форма пакрытых частак, аднастайная і кантраляваная таўшчыня плёнкі і г. д. Атрыманая тоўстая плёнка можа дасягаць дзесяткаў мікрон, а склад аднастайны і шчыльны.