Piezoelektrická polarizační a hysterezní smyčka

Polarizace piezoelektrické keramiky

 

Před piezoelektrický keramický materiál není polarizován, volné elektrony jsou uspořádány neuspořádaně; po polarizačním ošetření je generována remanentní polarizace podél směru polarizace, aby se stal anizotropním polykrystalem, volné elektrony mají tendenci být konzistentní a piezoelektřina je značně zvýšena. Jak je znázorněno na obrázku 1 a obrázku 2, piezoelektrické keramické materiály mohou být vyrobeny do tvarů a směrů polarizace. The piezoelektrické keramické materiály před a po polarizaci mají rozdílnou dielektrickou konstantu ε a piezoelektrickou konstantu d.

Před polarizací nastavte dielektrickou konstantu: ε 11 = ε 22 = ε 33. Pokud s je polarizace polarizována ve směru 3, jsou další dvě čela elektrody kolmá ke směru polarizace. Dielektrická konstanta po polarizaci: ε 11 = ε 22 ≠ ε 33 a hodnota ε 33 je mnohem větší než hodnota ε11.

Piezoelektrická konstanta piezoelektrické keramiky je také anizotropní a hodnota piezoelektrické konstanty d v různých směrech je také různá. Mezi nimi je hodnota ve směru 3 velká, tj. d33 >>d31 a d32. Pokud se měří galvanometrem, existuje pouze proud v d33 a žádný proud se negeneruje v ostatních dvou směrech. Polarizace piezoelektrické keramiky je velmi podobná magnetizaci magnetů a síla magnetického pole se před a po magnetizaci značně změní.

 

Hysterezní obvod piezoelektrické keramiky

Piezoelektrická keramická koule je polykrystalický, a když je jeho teplota vyšší než Curieova teplota Tc, jedná se o kubickou mřížku; když je jeho teplota pod Curieovou teplotou Tc, jedná se o tetragonální mřížku a má piezoelektřinu. Jev, že piezoelektrický materiál může změnit vnitřní strukturu materiálu při teplotě Tc, se nazývá fázový přechod v pevné fázi a Tc se nazývá teplota fázového přechodu, také známá jako Curieova teplota. Různé piezoelektrické materiály mají různé Curieovy teploty.

 

Například Curieova teplota Tc BaTiO3 je 120 ° C a teplota PbTiO3 je 490 ° C. Když teplota stoupne na Tc, tři délky stran kubické jednotkové buňky jsou stejné, to znamená: a = b = c, v tomto okamžiku je střed náboje umístěn ve středu krychle a piezoelektrika nemá žádnou piezoelektriku. Když je teplota nižší než Tc, nejsou délky tří stran tetragonální základní buňky stejné, konkrétně: a = b

Feroelektřina se objevuje, když je piezoelektrická keramika polarizována. Po druhé polarizaci se vytvoří smyčková křivka, jak je znázorněno na obr. 3 [1].

Na obrázku je Ps spontánní polarizace; Pr je remanentní polarizace; Ec je síla koercitivního pole  .

Z křivky hysterezní smyčky po polarizaci je vidět, že je velmi podobná křivce hysterezní smyčky, proto se piezoelektrická keramika také nazývá feroelektrika. Po jedné polarizaci dochází k remanentní polarizaci Pr, která se mění podél této křivky pokaždé poté. Různé piezoelektrické materiály mají různé hysterezní smyčky.

 

Na piezoelektrické keramické těleso je aplikováno střídavé elektrické pole a křivku hystereze lze přímo pozorovat osciloskopem. Když se elektrické pole zvýší na určitou intenzitu, intenzita polarizace dosáhne nasycení. Mezi nimi je úsek BC lineární nárůst, Ps je intenzita spontánní polarizace, když je elektrické pole nulové, intenzita polarizace není rovna nule a P r je intenzita remanentní polarizace. Když je elektrické pole obráceně zvýšeno na Ec, polarizace je nulová. Protože bod Ec může snížit intenzitu polarizace piezoelektrické keramiky na nulu, nazývá se Ec síla koercitivního pole. Když se elektrické pole zvyšuje v opačném směru, zvyšuje se intenzita polarizace také v opačném směru. Když intenzita reverzní polarizace dosáhne nasycení a poté sníží reverzní elektrické pole, intenzita polarizace se bude měnit podél křivky HFC.

 

Proces polarizace je velmi komplikovaný proces. Při polarizaci musí být vyžadováno nejen vysoké elektrické pole, ale různé tloušťky vyžadují různé doby a nejlepšího polarizačního efektu je třeba dosáhnout při relativně vysoké teplotě. The polarizovaný piezoelektrický keramický materiál ztratí polarizační efekt při určité vysoké teplotě a různé piezoelektrické materiály mají různé teploty selhání, kterým je třeba věnovat pozornost při výběru piezoelektrických keramických materiálů. Polarizační výkon piezoelektrické keramiky, výkonnostní rozdíl mezi piezoelektrickými keramickými materiály před a po polarizaci je velmi velký.