Undersøgelse af polariseringskarakteristika for piezoelektrisk keramik

Som et nyt materiale, der er dukket op i de senere år, piezoelektrisk keramik er meget udbredt til fremstilling af elektroniske produkter og laboratorieforskning. Variationen af ​​den dielektriske konstant for piezoelektrisk keramik er tæt forbundet med dens strukturelle karakteristika og polarisationstilstand. Derfor har studiet af egenskaberne ved dens polarisationstilstand en høj reference for en dybere forståelse og forskning i de nye materialer såsom piezoelektrisk keramik. Polarisationstilstanden for piezoelektrisk keramik blev analyseret ved eksperimenter, og polarisationstilstanden for piezoelektrisk keramik blev forudsagt under betingelsen af ​​eksternt vekslende elektrisk felt. Det dielektriske spektrum blev målt med et elektrisk spektrometer, og den tidligere forudsigelse blev verificeret af det målende dielektriske spektrum og analyseret.

Polarisering og dielektriske parametre af piezoelektriske keramiske krystaller er for det meste dielektriske krystaller, også kendt som dielektriske. Under påvirkning af et eksternt elektrisk felt vil dielektrikkerne reagere på det eksterne elektriske felt på den induktive måde. En vis mængde ladning vises i kroppen eller på overfladen. Dette fænomen kaldes polarisering. Elektrodeisering er repræsenteret af en makroskopisk polarisationsvektor P, som er lig med vektorsummen af ​​de elektriske dipolmomenter pr. volumenenhed. Hvis det lige antal ladninger, som efterlader en afstand under påvirkning af et elektrisk felt, som repræsenterer ladningssystemets elektriske dipolmoment, og retningen af ​​l er rettet af den negative ladning til den positive ladning. Essensen af ​​dielektrikumets polarisering i det eksterne elektriske felt er, at ladningen udgør dielektrikumet, som har en makroskopisk forskydning under påvirkning af det eksterne elektriske felt. Den positive ladning vil blive forskudt langs strømledningen, og den negative ladning vil forskyde den omvendte strømledning, det får dielektrikumet til at generere et makroelektrisk dipolmoment. Inden for et vist område er polarisationen P proportional med det eksterne elektriske felt EP = ε0xE, og x kaldes polarisationshastigheden. Ud fra den mikroskopiske mekanismeanalyse er der tre måder at generere dielektrisk polarisering på, nemlig elektronforskydningspolarisering bruges til forskydningspolarisering og orienteringspolarisering af polære molekyler.uanset hvilken polarisering der faktisk forekommer, kan resultatet tilskrives dannelsen af ​​en elektrisk dipol i mediet, som kan karakteriseres ved det elektriske μ-moment af μ-molekylet. Størrelsen af ​​μ bestemmes ikke kun af det makroskopiske elektriske felt E, men også af det elektriske felt, der genereres af de tilstødende molekyler. Summen af ​​de to kaldes det effektive felt Ei. I formlen μ = αEi kaldes α polariserbarheden af ​​et molekyle eller et atom, og det er en mikroskopisk fysisk størrelse, der beskriver et molekyles polarisationsegenskaber.

1.1 Elektronforskydningspolarisering

Under påvirkning af et eksternt elektrisk felt vil elektronskyen i atomerne og ionerne, der udgør dielektrikumet, blive forvrænget, hvilket får elektronskyen til at bevæge sig i forhold til kernen og dermed generere et elektrisk dipolmoment. Denne polarisering kaldes forskydningspolarisering af elektroner. Elektronforskydningspolarisering er en form for polarisering, som alle dielektrika har. Forskydningspolariseringen af ​​en elektron indikerer, at elektronen på grund af påvirkningen af ​​det eksterne elektriske felt vil have en vis sandsynlighed for at absorbere energi og skifte mellem de tilsvarende energiniveauer. Da de ydre elektroner er svagt bundet af atomer, er elektronforskydningen af ​​atomer hovedsageligt afledt af valenselektroner. Elektronens forskydningspolariserbarhed er repræsenteret ved αe, og det antages, at det pågældende molekyle er en kugle, som beregnes ved en punktladning kugle piezo keramisk model og en cirkulær kredsløbsmodel.

Ionforskydningspolarisering

Orienteringspolarisering af det iboende elektriske dipolmoment

Hvis molekylet udgør dielektrikumet, som er et polært molekyle, hvis positive ladningscenter ikke falder sammen med midten af ​​den negative ladning, har det et iboende elektrisk dipolmoment. I fravær af et eksternt elektrisk felt, da det elektriske dipolmoment af de termiske bevægelser dielektriske molekyler af piezoelektrisk keramisk komponent er rumligt uordnet, sandsynligheden for at pege i alle retninger er den samme, og de molekylære elektriske dipolmomenter ophæver hinanden. Derfor har dielektrikumet som helhed ikke noget elektrisk dipolmoment. Når et eksternt elektrisk felt påføres, påvirkes de positive og negative ladninger af den molekylære elektriske dipol af den elektriske feltkraft, og der er en tendens til at pege mod retningen af ​​det eksterne elektriske felt, eller de skal holdes i en stabil tilstand, så systemets energi minimeres, og det er nødvendigt at pege i retningen af ​​det eksterne elektriske felt. Eller præcession omkring et eksternt elektrisk felt. Ifølge statistisk teori er antallet af partikler ved energi E proportional med e=-EkT. Ifølge dette kan polariserbarheden ad af orienteringspolariseringen af ​​det dielektriske molekyle beregnes. Dd=μ2 .I 3kT-formlen er μ det molekylære iboende elektriske dipolmoment, k er Boltzmann-konstanten, og T er temperaturen.

Den totale polariserbarhed α af molekylet kan betragtes som summen af ​​polarisabiliteterne af forskellige mekanismer α = αe + αa + αd. Hvis antallet af molekyler pr. volumenenhed er N, kan den makroskopiske polarisationsvektor P korreleres med den mikroskopiske molekylære polariserbarhed α. P=NαEiP=ε0(εr-1)E=NαEi, så det effektive elektriske felt Ei opfattet af hver molekylær polarisering i dielektrisk konstant medium er forskellig fra det makroskopiske gennemsnitlige elektriske felt E. For et molekyle påvirkes det ikke kun af E, men også af det elektriske felt, der genereres af andre polariseringer. Det er forudset, at den undersøgte molekylære model er en kugle, og kuglens radius er meget større end atomernes afstand. Indflydelsen af ​​molekylær polarisering udenfor, den ultralyds piezoelektrisk transducer kan behandles som et kontinuerligt polariseret medium på en makroskopisk måde. Gradreaktionerne på ændringen af ​​det ydre felt under polariseringen af ​​mediet er repræsenteret af relaksationstiden τ. Den fysiske betydning af τ er at tilføje et konstant elektrisk felt til dielektrikumet, fjerne det elektriske felt efter at polarisationen er stabiliseret, og at passere tiden τ, polarisationen P . Summen af ​​de elektriske dipolmomentvektorer i volumenet reduceres til 1/e af den oprindelige pm, altså P=Pmetτ. Da der er afslapning i polariseringsprocessen, er D (forskydningsvektor), P og E ændringer ikke i fase. D, P vil ligge bagefter fasen af ​​E. Det sinusformede elektriske vekslende felt er repræsenteret ved et komplekst tal. For at måle det dielektriske spektrum af den piezoelektriske keramik placeres i dette eksperiment en buzzer lavet af piezoelektrisk keramik mellem to cirkulære elektrodeplader, og vinkelfrekvensen tilføjes til elektrodepladen og sinusformet spænding på ω.