Studium polarizačních charakteristik piezoelektrické keramiky

Jako nový materiál, který se objevil v posledních letech, piezoelektrická keramika je široce používána při výrobě elektronických výrobků a laboratorním výzkumu. Změna dielektrické konstanty piezoelektrické keramiky úzce souvisí s její strukturou a polarizačním režimem. Studium charakteristik jeho polarizačního režimu má proto vysokou referenci pro hlubší pochopení a výzkum nových materiálů, jako je piezoelektrická keramika. Polarizační mód piezoelektrické keramiky byl analyzován experimenty a polarizační mód piezoelektrické keramiky byl predikován za podmínek vnějšího střídavého elektrického pole. Dielektrické spektrum bylo měřeno elektrickým spektrometrem a předchozí předpověď byla ověřena měřicím dielektrickým spektrem a analyzována.

Polarizační a dielektrické parametry piezoelektrické keramické krystaly jsou většinou dielektrické krystaly, také známé jako dielektrika. Při působení vnějšího elektrického pole budou dielektrika reagovat na vnější elektrické pole indukčním způsobem. V těle nebo na povrchu se objeví určité množství náboje. Tento jev se nazývá polarizace. Elektrodeizace je reprezentována makroskopickým polarizačním vektorem P, který je roven vektorovému součtu elektrických dipólových momentů na jednotku objemu. Je-li stejný počet nábojů, který zanechá vzdálenost působením elektrického pole, které představuje elektrický dipólový moment systému náboje, a směr l je směrován záporným nábojem ke kladnému náboji. Podstatou polarizace dielektrika ve vnějším elektrickém poli je to, že náboj tvoří dielektrikum, které má makroskopické posunutí působením vnějšího elektrického pole. Kladný náboj se posune podél elektrického vedení a záporný náboj posune zpětné elektrické vedení, což způsobí, že dielektrikum generuje makroelektrický dipólový moment. V určitém rozsahu je polarizace P úměrná vnějšímu elektrickému poli EP = ε0xE a x se nazývá míra polarizace. Z analýzy mikroskopického mechanismu existují tři způsoby, jak generovat dielektrickou polarizaci, a to elektronová posunová polarizace se používá pro posunovou polarizaci a orientační polarizaci polárních molekul. Bez ohledu na to, jaká polarizace skutečně nastává, lze výsledek připsat vzniku elektrického dipólu v prostředí, který lze charakterizovat elektrickým dipólovým momentem μ molekuly nebo atomu. Velikost μ je určena nejen makroskopickým elektrickým polem E, ale také elektrickým polem generovaným sousedními molekulami. Součet těchto dvou se nazývá efektivní pole Ei. Ve vzorci μ = αEi se α nazývá polarizovatelnost molekuly nebo atomu a je to mikroskopická fyzikální veličina popisující polarizační charakteristiky molekuly.

1.1Polarizace posuvu elektronů

Působením vnějšího elektrického pole bude elektronový mrak v atomech a iontech, které tvoří dielektrikum, zdeformován, což způsobí, že se elektronový mrak pohybuje vzhledem k jádru, čímž se generuje elektrický dipólový moment. Tato polarizace se nazývá posunová polarizace elektronů. Polarizace posunu elektronů je forma polarizace, kterou mají všechna dielektrika. Polarizace posunu elektronu naznačuje, že vlivem vnějšího elektrického pole bude mít elektron určitou pravděpodobnost pohlcení energie a přechodu mezi odpovídajícími energetickými hladinami. Vzhledem k tomu, že vnější elektrony jsou atomy vázány slabě, je elektronový posun atomů odvozen hlavně od valenčních elektronů. Polarizovatelnost elektronu je reprezentována αe a předpokládá se, že uvažovaná molekula je koule, která je vypočtena bodovým nábojem koule piezokeramický model a model kruhové dráhy.

Polarizace vytěsňování iontů

Orientační polarizace vlastního elektrického dipólového momentu

Pokud molekula tvoří dielektrikum, což je polární molekula, jejíž střed kladného náboje se neshoduje se středem záporného náboje, má vlastní elektrický dipólový moment. V nepřítomnosti vnějšího elektrického pole, protože elektrický dipólový moment tepelného pohybu dielektrických molekul piezoelektrická keramická složka je prostorově neuspořádaná, pravděpodobnost směřování všemi směry je stejná a molekulárně elektrické dipólové momenty se navzájem ruší. Proto dielektrikum jako celek nemá žádný elektrický dipólový moment. Při použití vnějšího elektrického pole jsou kladné a záporné náboje molekulárního elektrického dipólu ovlivněny silou elektrického pole a existuje tendence směřovat ke směru vnějšího elektrického pole, nebo musí být udržovány ve stabilním stavu, aby byla minimalizována energie systému, a je nutné ukazovat směrem ke směru vnějšího elektrického pole. Nebo precese kolem vnějšího elektrického pole. Podle statistické teorie je počet částic při energii E úměrný e=-EkT. Podle toho lze vypočítat polarizovatelnost αd orientační polarizace molekuly dielektrika. Dd=μ2 .Ve vzorci 3kT je μ molekulární vlastní elektrický dipólový moment, k je Boltzmannova konstanta a T je teplota.

Celkovou polarizovatelnost α molekuly lze považovat za součet polarizací různých mechanismů α = αe + αa + αd. Pokud je počet molekul na jednotku objemu N, makroskopický polarizační vektor P lze korelovat s mikroskopickou molekulární polarizovatelností a. P=NαEiP=ε0(εr-1)E=NαEi, takže efektivní elektrické pole Ei vnímané každou molekulární polarizací v prostředí dielektrické konstanty se liší od makroskopického průměrného elektrického pole E. U molekuly na něj nemá vliv pouze E, ale také elektrické pole generované jinými polarizacemi. Předpokládá se, že zkoumaný molekulární model je koule a poloměr koule je mnohem větší než rozteč atomů. Vliv molekulární polarizace mimo, ultrazvukový piezoelektrický měnič lze makroskopickým způsobem považovat za spojité polarizované médium. Stupňové odezvy na změnu vnějšího pole při polarizaci prostředí představuje relaxační čas τ. Fyzikální význam τ je přidání konstantního elektrického pole k dielektriku, odstranění elektrického pole po stabilizaci polarizace a uplynutím času τ, polarizace P .Součet vektorů elektrického dipólového momentu v objemu se sníží na 1/e původního pm, tj. P=Pmetτ. Protože v procesu polarizace dochází k relaxaci, změny D (vektor posunutí), P a E nejsou ve fázi. D, P se bude opožďovat za fází E. Sinusové střídavé elektrické pole je reprezentováno komplexním číslem. Za účelem měření dielektrického spektra piezoelektrické keramiky je v tomto experimentu umístěn bzučák vyrobený z piezoelektrické keramiky mezi dvě kruhové elektrodové desky a úhlová frekvence je přidána k elektrodové desce a sinusovému napětí ω.