Proces med piezoelektrisk keramisk fysisk mekanisme

Piezoelektrisk keramik er en polykrystallinsk film med piezoelektrisk effekt, og dens produktionsproces er opkaldt efter dens lignende produktionsproces (råmaterialepulverisering, støbning, højtemperatursintring). Nogle anisotrope piezokrystaller undergår deformation under mekanisk kraft, hvilket får de ladede partikler til at blive relativt forskudt,PZT-materiale piezokeramisk skive resulterer i positive og negative bundne ladninger på overfladen af ​​piezokrystallen. Dette fænomen kaldes piezoelektrisk effekt. Denne egenskab ved krystallen kaldes piezoelektricitet. Piezoelektricitet blev opdaget i 1880 af brødrene J. Curie og P. Curie. Et par måneder senere verificerede de eksperimentelt den omvendte piezoelektriske effekt, det vil sige, når en spænding påføres piezokrystallen, vil piezokrystallen gennemgå geometrisk deformation. Før 1940 kendte man kun til to typer ferroelektrik (ikke kun spontant polariseret i et bestemt temperaturområde, men også den spontane polarisering af krystallerne, der kan reorienteres på grund af den ydre feltstyrke): den ene er resten salt og noget nært beslægtet tartrat; den ene er kaliumdihydrogenphosphat og dets ækvivalent. Førstnævnte har piezoelektricitet ved normal temperatur og har teknisk brugsværdi, men har den ulempe, at den er nem at opløse; sidstnævnte har piezoelektricitet ved lav temperatur (mindre end -14 C), og den tekniske brugsværdi er ikke stor. Bariumtitanat (BaTiO) viste sig at have en unormalt høj dielektrisk konstant mellem 1942 og 1945. Det viste sig hurtigt at være piezoelektrisk, og opdagelsen af ​​BaTi O piezoelektrisk keramik var et kvantespring i piezoelektriske materialer. Tidligere var der kun et piezoelektrisk enkeltkrystalmateriale, og derefter dukkede et piezoelektrisk polykrystallinsk materiale, piezoelektrisk keramik op og blev meget brugt. I 1947 brugte USA BaTiO-keramik til at lave pickupper til fonografer. Japan brugte det to år senere end USA. BaTiO har den ulempe, at piezoelektriciteten er svagere end hvilesaltet, og piezoelektriciteten er større end piezokvartskrystallen med temperatur. I 1954 opdagede B. Jaffe og andre det piezoelektriske PbZrO-PbTiO (PZT) solide løsningssystem, som er en epokegørende begivenhed, der gjorde det umuligt at fremstille enheder i BaTiO-æraen. Siden da er PZT transparent piezoelektrisk keramik blevet udviklet for at udvide anvendelsen af ​​piezoelektrisk keramik til optikområdet. Indtil videre er anvendelsen af ​​piezoelektrisk keramik, fra universets udvikling til familiens liv, ekstremt omfattende. Kinas forskning i piezoelektrisk keramik begyndte i slutningen af ​​1950'erne, omkring 10 år senere end udlandet. På nuværende tidspunkt er der ret stærke kræfter i forsøgsproduktion og industriel produktion af piezoelektrisk keramik. Mange materialer har nået eller er tæt på det internationale niveau.

Den fysiske mekanisme af piezokeramisk piezoelektricitet

Piezoelektrisk keramik er polykrystaller, hvis piezoelektricitet kan forklares ved piezoelektriciteten af piezoelektriske skiver krystal . Under påvirkning af mekanisk kraft ændres det totale elektriske dipolmoment (polarisering), hvilket resulterer i et piezoelektrisk fænomen. Piezoelektricitet er tæt forbundet med polarisering, deformation.

Mikroskopisk polariseringsmekanisme Polarisationstilstanden
er en tilstand, hvor det elektriske felt udøver en relativ forskydningskraft på dielektrikumets ladede punkt og en midlertidig balance mellem gensidig tiltrækning mellem ladningerne. Der er tre hovedpolariseringsmekanismer.

(1) Elektronforskydningspolarisering - Atomet eller ionen af ​​et dielektrikum falder ikke sammen med det negative ladningscenter af en positivt ladet kerne og en skalelektron under påvirkning af en elektrisk feltkraft.
(2) Ilang forskydningspolarisering - de positive og negative ioner af dielektrikumet er relativt forskudt under påvirkning af en elektrisk feltkraft, hvorved der genereres et elektrisk dipolmoment.
(3) Orienteringspolarisering - de polære molekyler, der udgør dielektrikumet, har et bestemt iboende (iboende) elektrisk moment. På grund af termisk bevægelse er orienteringen uordnet, det samlede elektriske moment er nul. Når et elektrisk felt påføres, er retningen af ​​det elektriske felt justeret, og et makroskopisk elektrisk dipolmoment vises.
For anisotrope krystaller, forholdet mellem polarisering og elektrisk felt

2. Piezoelektrisk effekt

(1) Positiv piezoelektrisk effekt
, når peizoelektriske skiver keramisk transducer deformeres af en ekstern kraft, de positive og negative ladningscentre er relativt forskudt, og de modsatte ladninger genereres på nogle tilsvarende flader, og polarisationsintensiteten opstår. Dette fænomen med intet elektrisk felt og polarisering ved deformation kaldes en positiv piezoelektrisk effekt.

For anisotrope krystaller påføres spænding på piezokrystallen, og krystallen vil udvise en proportional polarisering i de tre retninger X, Y og Z, som kaldes henholdsvis piezoelektrisk spændingskonstant og piezoelektrisk spændingskonstant.

(2) Omvendt piezoelektrisk effekt
Når et elektrisk felt påføres krystallen, genereres ikke kun polarisering, men også deformation, og dette fænomen med deformation af det elektriske felt kaldes en invers piezoelektrisk effekt. Dette skyldes, at når krystallen udsættes for et elektrisk felt, genereres stress (piezoelektrisk stress) inde i krystallen, og piezoelektrisk deformation genereres af stress.
.
3. Mekanisme for trykeffekt

Den piezoelektriske effekt blev først opdaget på piezokrystaller. Nu bruger vi PZT-materialekrystaller som en model til at illustrere den fysiske mekanisme af den piezoelektriske effekt.

Når der ikke påføres tryk, fordeles de positive og negative ladningscentre af piezokrystallen. På dette tidspunkt falder de positive og negative ladningscentre sammen, og det samlede elektriske moment af piezokrystallen er lig med nul, og krystaloverfladen er ikke ladet (ikke piezoelektrisk).

Når tryksensoren påføres i x-retningen, deformeres materialets krystal, og de positive og negative ladningscentre adskilles, det vil sige, at den elektriske dipol ændres, så ladningsakkumulering sker på X-planet.
Når der påføres tryk i Y-aksens retning, vises fordelingen af ​​krystallens positive og negative ladningscentre her, når det samlede elektriske dipolmoment ændres og forårsager en ladningsakkumulering på X-planet modsat forsiden. Det er klart, at det erstatter den tidligere trykkraft med en trækkraft, der indikerer, at fortegnet på ladningen er vendt. Kort sagt, når en tryksensor påføres en piezoelektrisk krystal, kan der opstå en piezoelektrisk effekt.