1 حرکت دامنه در Pb (Zr0. 52Ti0. 48)O3 ترکیب سرامیک پیزوالکتریک مواد PZT ، افزودن اکسیدهایی مانند La2O3، Nb2O5، ThO2 و WO3 باعث کاهش مقدار Qm می شود. برای توضیح کاهش Qm، مکانیسم زیر را پیشنهاد کرد. هنگامی که جایگزینی Pb2 +، Ti4 +، Zr4 + در سرامیکهای PZT با یون فلزی دارای ظرفیت بالاتری نسبت به Pb2 + یا Ti4 + یا Zr4 + مانند La3 +، Nb5 +، W6 + و غیره است، به منظور حفظ ویژگیهای قدرت شبکه، سرامیکهای خالی سرب تولید میشوند. این جاهای خالی سرب استرس داخلی را که مانع چرخش دامنه می شود کاهش می دهد، بنابراین حرکت دامنه آسان می شود، اصطکاک داخلی افزایش می یابد، تلفات دی الکتریک افزایش می یابد و مقدار Qm کاهش می یابد. اعتقاد بر این است که حرکت دیواره دامنه باعث کاهش مقدار Qm می شود. علاوه بر این، فرمول استنباط شده توسط یامائوچی و تاکاهاشی می داند که مقدار Q-1m متناسب با اتلاف دی الکتریک است. یکی از دلایل اتلاف دی الکتریک، مصرف انرژی ناشی از هیسترزیس ارتعاش دیواره دامنه تحت عمل میدان الکتریکی متناوب است. بنابراین پسماند ارتعاش دیواره دامنه باعث از بین رفتن محیط می شود که باعث کاهش مقدار Qm می شود. بنابراین، در مواد سرامیکی پیزوالکتریک اصلاح شده با دوپ کم، دشواری حرکت دیواره دامنه مستقیماً با مقدار Qm مطابقت دارد.
2 شارژ فضایی
زمانی که Pb2+، Ti4+، Zr4+ در پیزو سرامیک های PZT با یون های فلزی با ظرفیت کمتر از Pb2+ یا Ti4+ و Zr4+ مانند K+، Na+، Cr3+، Fe3+ جایگزین شوند، مقدار Qm به طور قابل توجهی افزایش می یابد. این را می توان با تأثیر بار فضا بر روی دامنه توضیح داد. سرامیک های پیزوالکتریک PZT خالص به دلیل جای خالی سرب، رسانایی از نوع حفره ای از خود نشان می دهند، در حالی که افزودنی های یون فلزی با ظرفیت کم مثبت به عنوان پذیرنده در بدن عمل می کنند. افزودن یک یون فلزی کم هزینه، مرکز منفی و سوراخ های حامل را در بدنه پیزوسرامیک به شدت افزایش می دهد، یعنی مقدار زیادی بار فضایی ایجاد می کند. به منظور حذف میدان الکتریکی ایجاد شده توسط تغییر ناپیوسته دیواره دامنه، بار فضایی با بار منفی در دامنه متمرکز می شود. پایانه مثبت و بار فضایی با بار مثبت در انتهای منفی دیواره دامنه متمرکز شده و یک میدان بار فضایی (Eq) را تشکیل می دهد که همان جهت قطبش دامنه است. هنگامی که یک میدان الکتریکی خارجی برای چرخاندن دامنه اعمال می شود، نه تنها بر قطبش خود به خودی حوزه اصلی غلبه می کند، بلکه بر میدان بار فضایی معادله غلبه می کند. یعنی اثر بار فضایی حرکت دامنه را سرکوب می کند و در نتیجه اصطکاک داخلی را کاهش می دهد و مقدار Qm را افزایش می دهد. برای تخمین حضور در سرامیک می توان مقدار بار فضایی وارد شده را مشاهده کرد. تعریف پارامتر مقدار بار فضایی (Ps - Pi) / Ps برای مشخص کردن مقدار بار فضایی است. مقدار ( Ps - Pi ) / Ps با نوع و مقدار ناخالصی ها متفاوت است. برای افزودنی های فلزی ارزان قیمت (افزودنی سخت)، با افزایش مقدار دوپینگ، میزان شارژ فضایی افزایش می یابد، در حالی که مقدار شارژ فضایی برای افزودنی های با قیمت بالا (افزودنی های نرم) کم است و اندازه گیری آن تقریبا غیرممکن است. بنابراین، فشار مقدار Qm بالا در سرامیک های الکتریکی، تغییر مقدار Qm مربوط به بار فضایی است. هنگامی که دما افزایش می یابد، بار فضایی به داخل منتقل می شود کریستال های سرامیکی پیزو ، که تجمع بار فضایی را کاهش می دهد، حرکت دیواره دامنه را تقویت می کند و مقدار Qm را کاهش می دهد. برای افزودن مواد نرم، به دلیل سرامیک، مقدار بار فضایی ایجاد شده در بدنه کم است و تغییر دما باعث می شود که مهاجرت بار فضایی کم باشد. بنابراین، پایداری دمایی Qm به طور کلی بالاتر از افزودنی سخت است.
3 مقاومت بدنه برای مواد اصلاح شده با افزودنی نرم
مقاومت حجمی 1 تا 2 مرتبه بزرگتر از ماده اصلاح شده با افزودنی سخت است زیرا مقدار کمی از ناخالصی الکترون های اضافی را فراهم می کند. نوترکیبی سوراخ اصلی غلظت حفره های الکترونی را در بدنه سرامیکی پیزو کاهش می دهد و در نتیجه مقاومت حجمی را افزایش می دهد. مقاومت حجم بالا برای افزایش قدرت میدان الکتریکی پلاریزاسیون سرامیک پیزوالکتریک مفید است و حرکت جهت گیری دامنه کافی تر است و در نتیجه تلفات دی الکتریک افزایش می یابد و مقدار Qm کاهش می یابد. برای مواد افزودنی سخت دوپ شده، افزایش بار فضایی و مقاومت حجیم با افزایش Qm همراه است. هر چه دما کمتر باشد، مقاومت توده ای ماده بیشتر می شود، انتقال بار فضایی دشوار است، حرکت دامنه سرکوب می شود و مقدار Qm کاهش می یابد. هنگامی که رابطه بین مقاومت حجمی و مقدار Qm به طور کمی مشخص می شود، همانطور که در بالا توضیح داده شد، مقدار Qm به عنوان تابعی از مقدار بار فضایی و مقاومت حجمی بیان می شود.
4 اندازه دانه اندازه دانه بزرگ در طول فرآیند پلاریزاسیون،
تنش گیره ایجاد شده در مرز دانه کم است، ماده به راحتی قابل پلاریزه شدن است، اصطکاک داخلی کاهش می یابد و مقدار Qm افزایش می یابد. اما اگر اندازه دانه خیلی زیاد باشد، شکاف دانه ایجاد می شود. افزایش، فشردگی، موثر بر عملکرد پیزوالکتریک. دانه خیلی کوچک است، مرز دانه دارای اثر گیره قوی بر روی دامنه است، حرکت فرمان دامنه را دشوار می کند، عملکرد پیزوالکتریک را کاهش می دهد. بنابراین اندازه دانه باید متوسط باشد. مطالعه سرامیک های پیزوالکتریک سه تایی سرب دوپ شده با CeO2 (Mn1/3Sb2/3)2PbTiZrO3 نشان می دهد که پس از افزودن CeO2، سرامیک متراکم و دانه ها متوسط هستند که ریزساختار سرامیک پیزو را بهبود می بخشد. یک ماده موتور اولتراسونیک موج ایستاده با ولتاژ بالا و مقدار Qm بالا به دست آمد.
5 مطالعه ثابت شبکه نمودار فاز مبتنی بر PZT مواد مبدل دیسک پیزوالکتریک را می توان یافت که تنظیم نسبت Zr/Ti و جزء سوم یا چهارم باعث تغییر در پارامترهای شبکه می شود. علاوه بر این، یون های دوپینگ وارد شبکه می شوند، کریستال پارامتر شبکه نیز تغییر می کند. اگر نسبت محور کریستال c/a افزایش یابد، در زمان پلاریزاسیون، Ps قطبش خود به خودی برخی ساختارها به سختی می چرخد و در نتیجه عملکرد پیزوالکتریک کاهش می یابد. و کاهش نسبت محور کریستال پیزو c/a باعث Ps می شود. برگشت آسان است و در نتیجه اصطکاک داخلی افزایش می یابد و Qm کاهش می یابد. بنابراین، برای مواد سرامیکی پیزوالکتریک مبتنی بر سرب باینری یا چند عنصری، پارامترهای شبکه نیز بر مقدار Qm تأثیر میگذارند.
6 حالت ارتعاش مقدار Qm منعکس کننده درجه تلفات مکانیکی ناشی از اصطکاک داخلی ویبراتور پیزوالکتریک در طول تشدید است. بدیهی است که مقدار Qm مربوط به حالت ارتعاش است. برای ساخت ویبراتور پیزوالکتریک از مواد سرامیکی پیزوالکتریک PMN2PZT استفاده می کند. هنگامی که مقدار Qm و دمای ویبره چهارگانه ژیروسکوپ و ویبره استوانه ای به دما مربوط می شود، مشخص می شود که منحنی Qm ویبره استوانه ای تقریباً 30 درجه سانتی گراد کمتر از ویبره چهار ضلعی است که به معنای ارتعاش چهار ضلعی است. مقدار Qm حدود 0 درجه سانتیگراد با مقدار Qm ویبراتور استوانه ای 30- تا 80 درجه سانتیگراد مطابقت دارد. بنابراین، تنظیم مقدار Qm را می توان نه تنها با انتخاب ترکیب مواد، بلکه با تغییر حالت ارتعاش مورد مطالعه قرار داد.
