Piezoelektrisk polarisering og hystereseløkke

Polarisering af piezoelektrisk keramik

 

Før piezoelektrisk keramisk materiale er ikke polariseret, de frie elektroner er arrangeret i uorden; efter polarisationsbehandlingen genereres remanent polarisering langs polarisationsretningen for at blive en anisotropisk polykrystal, de frie elektroner har en tendens til at være konsistente, og piezoelektriciteten er stærkt forbedret. Som vist i figur 1 og figur 2 kan piezoelektriske keramiske materialer fremstilles i former og polarisationsretninger. De piezoelektriske keramiske materialer før og efter polarisering har forskellig dielektrisk konstant ε og piezoelektrisk konstant d.

Indstil dielektricitetskonstanten før polarisering: ε 11 = ε 22 = ε 33. Hvis den s er polariseret langs retning 3, er de to andre elektrodeflader vinkelrette på polarisationsretningen. Dielektrisk konstant efter polarisation: ε 11 = ε 22 ≠ ε 33, og værdien af ​​ε 33 er meget større end værdien af ​​ε11.

Den piezoelektriske konstant for piezoelektrisk keramik er også anisotropisk, og værdien af ​​den piezoelektriske konstant d langs forskellige retninger er også forskellig. Blandt dem er værdien langs retning 3 stor, det vil sige d 33 >>d 31 og d 32 . Målt med galvanometer er der kun strøm i d33, og der genereres ingen strøm i de to andre retninger. Polariseringen af ​​piezoelektrisk keramik ligner meget magnetiseringen af ​​magneter, og den magnetiske feltstyrke vil ændre sig meget før og efter magnetisering.

 

Hysteresekredsløb af piezoelektrisk keramik

Piezoelektrisk keramik kugle er polykrystallinsk, og når dens temperatur er højere end Curie-temperaturen Tc, er den et kubisk gitter; når dens temperatur er under Curie-temperaturen Tc, er den et tetragonalt gitter og har piezoelektricitet. Fænomenet, at det piezoelektriske materiale kan ændre materialets indre struktur ved temperaturen Tc kaldes faststoffaseovergang, og Tc kaldes faseovergangstemperaturen, også kendt som Curie-temperaturen. Forskellige piezoelektriske materialer har forskellige Curie-temperaturer.

 

For eksempel er Curie-temperaturen Tc for BaTiO3 120 ° C, og den for PbTiO3 er 490 ° C. Når temperaturen stiger til Tc, er de tre sidelængder af den kubiske enhedscelle ens, det vil sige: a = b = c, på dette tidspunkt er ladecentret placeret i midten af ​​kuben, og piezoelektrisk har ingen piezoelektrisk elektricitet. Når temperaturen er lavere end Tc, er længderne af de tre sider af den tetragonale enhedscelle ikke ens, nemlig: a = b

Ferroelektricitet vises, når piezoelektrisk keramik er polariseret. Efter den anden polarisering vil der blive dannet en sløjfekurve, som vist i fig. 3 [1].

På figuren er Ps den spontane polarisering; Pr er den remanente polarisering; Ec er tvangsfeltstyrken  .

Det kan ses ud fra hysteresesløjfekurven efter polarisering, at den minder meget om hystereseløkkekurven, så piezoelektrisk keramik kaldes også ferroelektrisk. Efter en polarisering er der en remanent polarisering Pr, som skifter langs denne kurve hver gang bagefter. Forskellige piezoelektriske materialer har forskellige hysterese-løkker.

 

Et vekslende elektrisk felt påføres det piezoelektriske keramiske legeme, og hysteresekurven kan observeres direkte gennem et oscilloskop. Når det elektriske felt stiger til en vis intensitet, når polarisationsintensiteten mætning. Blandt dem er BC-sektionen en lineær stigning, Ps er den spontane polarisationsintensitet, når det elektriske felt er nul, er polarisationsintensiteten ikke lig med nul, og P r er den remanente polarisationsintensitet. Når det elektriske felt øges omvendt til Ec, er polariseringen nul. Da Ec-punktet kan gøre polarisationsintensiteten af ​​piezoelektrisk keramik nul, kaldes Ec den tvangsfeltstyrke. Når det elektriske felt stiger i den modsatte retning, stiger polarisationsintensiteten også i den modsatte retning. Når den omvendte polarisationsintensitet når mætning, og derefter reducere det omvendte elektriske felt, vil polarisationsintensiteten ændre sig langs kurvens HFC-linje.

 

Polariseringsprocessen er en meget kompliceret proces. Ikke alene skal der kræves et højt elektrisk felt under polarisering, men forskellige tykkelser kræver forskellige tider, og den bedste polarisationseffekt skal opnås ved en relativt høj temperatur. De polariseret piezoelektrisk keramisk materiale vil miste polarisationseffekten ved en vis høj temperatur, og forskellige piezoelektriske materialer har forskellige fejltemperaturer, hvilket skal være opmærksom på, når du vælger piezoelektriske keramiske materialer. Polarisationsydelsen af ​​piezoelektrisk keramik, ydeevneforskellen mellem piezoelektriske keramiske materialer før og efter polarisering er meget stor.