Прынцып і класіфікацыя матэрыялаў ультрагукавога п'езаэлектрычнага керамічнага пераўтваральніка

Прынцып п'езаэлектрычнага эфекту ультрагукавога п'езаэлектрычнага керамічнага ліста заключаецца ў тым, што пры прымяненні ціску да п'езаэлектрычнага матэрыялу ствараецца рознасць патэнцыялаў (так званы станоўчы п'езаэлектрычны эфект), а калі прыкладваецца напружанне, то ствараецца механічнае напружанне (так званы зваротны п'езаэлектрычны эфект кольца з п'езакерамічнымі элементамі ). Калі ціск з'яўляецца высокачашчыннай вібрацыяй, будзе генеравацца высокачашчынны ток. Калі высокачашчынны электрычны сігнал падаецца на п'езаэлектрычную кераміку, утвараецца высокачашчынны акустычны сігнал (механічная вібрацыя), які мы звычайна называем ультрагукавым сігналам. Іншымі словамі, п'езаэлектрычная кераміка мае функцыю пераўтварэння і зваротнага пераўтварэння паміж механічнай энергіяй і электрычнай энергіяй. Гэтыя ўзаемаадносіны вельмі цікавыя.

Ён дзеліцца на крышталі п'езаэлектрычнай керамікі і ультрагукавыя пьезокерамические элементы . П'езаэлектрычныя крышталі звычайна адносяцца да п'езаэлектрычных монакрышталяў, а п'езаэлектрычная кераміка - да п'езаэлектрычных полікрышталяў. П'езаэлектрычная кераміка - гэта тып полікрышталяў, якія ўтвараюцца шляхам змешвання, фармавання і спякання высокатэмпературнай сыравіны з неабходнымі кампанентамі, а таксама нерэгулярных дробных часціц, атрыманых у выніку цвёрдафазнай рэакцыі і спякання паміж часціцамі. П'езакерамічныя пласціны з п'езаэлектрычнымі ўласцівасцямі называюцца п'езаэлектрычнай керамікай, якая насамрэч з'яўляецца сегнетоэлектрической п'езакерамікай. Збожжа гэтай п'езакерамікі маюць сегнетоэлектрические дамены. Сегнетоэлектрычныя дамены складаюцца з 180 даменаў з антыпаралельнымі кірункамі спантаннай палярызацыі і 90 даменаў з перпендыкулярнымі кірункамі спантаннай палярызацыі. Ва ўмовах штучнай палярызацыі (прыкладанне ўзмоцненага электрычнага поля пастаяннага току) гэтыя дамены ідэальна выраўноўваюцца ў напрамку знешняга электрычнага поля, і астатняя сіла палярызацыі захоўваецца пасля зняцця знешняга электрычнага поля, таму яны маюць макраскапічныя п'езаэлектрычныя характарыстыкі. Напрыклад, тытанат барыю Bt, тытанат цырканату свінцу PZT, тытанат цырканату свінцу мадыфікаваны, метаніабат ​​свінцу, ніябат свінцу літыя барыю pbln, тытанат свінцу мадыфікаваны pt і таму падобнае. Паспяховае развіццё гэтага матэрыялу PZT спрыяла паляпшэнню і павышэнню прадукцыйнасці розных п'езаэлектрычных прылад акустычных ультрагукавых пераўтваральнікаў і п'езаэлектрычных датчыкаў.

П'езаэлектрычны эфект ультрагукавога п'езаэлектрычнага керамічнага ліста азначае, што структура некаторых асобных п'езакрысталічных матэрыялаў мае асіметрычныя характарыстыкі. Калі гэтыя PZT-матэрыялы падвяргаюцца прыкладным нагрузкам і дэфармацыям, змены (дэфармацыя) ва ўнутранай структуры рашоткі разбураць арыгінальнасць электрычнай нейтральнасці. Макраскапічны стан генеруе палярызаванае электрычнае поле (палярызацыя), а генераванае электрычнае поле (інтэнсіўнасць палярызацыі) прапарцыянальна велічыні дэфармацыі. Гэта з'ява называецца станоўчым п'езаэлектрычным эфектам, які быў адкрыты братамі Кюры ў 1880 годзе. Пазней, у 1881 годзе, было выяўлена, што гэты монакрышталічны матэрыял таксама мае зваротны п'езаэлектрычны эфект. Калі матэрыял са станоўчым п'езаэлектрычным эфектам падвяргаецца ўздзеянню вонкавага электрычнага поля, узнікаюць напружанне і дэфармацыя, прычым дэфармацыя прапарцыйная велічыні вонкавага электрычнага поля. П'езаэлектрычны эфект - асаблівасць крышталічнай структуры, якая звязана з асіметрыяй крышталічнай структуры, а велічыня і характар ​​п'езаэлектрычнага эфекту звязаны з напрамкам прыкладзенага напружання або электрычнага поля адносна восі крышталя. Існуюць розныя адзінкавыя PZT высокамагутныя п'езакерамічныя крышталічныя матэрыялы з п'езаэлектрычнымі эфектамі, такія як натуральныя крышталі кварца (SiO 2) і штучныя монакрышталічныя матэрыялы, такія як сульфат літыя (Li2SO4), ніябат літыя (LiNbO3) і да таго падобнае.