بررسی فرآیند پلاریزاسیون سرامیک پیزوالکتریک PZT

مبدل کریستالی پیزوالکتریک به طور گسترده در زمینه های الکترونیک، نور، گرما و آکوستیک استفاده می شود و به مواد کاربردی مهم در صنایع دفاعی، صنایع عمرانی و زندگی روزمره تبدیل شده است. آنها یک جهت تحقیقاتی اصلی مواد کاربردی فعلی هستند. در حال حاضر، پرمصرف ترین سرامیک پیزوالکتریک همچنان سرب زیرکونات تیتانات (PZT) و سرامیک های سه تایی یا چهارتایی آن است. فرآیند پلاریزاسیون یک فرآیند کلیدی در ساخت دستگاه های سرامیکی پیزوالکتریک است. فرآیند پلاریزاسیون فرآیند حرکت و توسعه ساختارهای دامنه در سرامیک های پیزوالکتریک است. سرامیک های پیزوالکتریک قبل از پلاریزاسیون مصنوعی اجسام همسانگرد هستند و از بیرون اثر پیزوالکتریک را نشان نمی دهند. پس از پلاریزاسیون، آنها به دلیل قطبش پسماند، به اجسام ناهمسانگرد تبدیل می شوند، بنابراین اثر پیزوالکتریک دارند. خواص دی الکتریک و الاستیک سرامیک پیزوالکتریک پلاریزه شده با درجه پلاریزاسیون مرتبط است. برای اینکه سرامیک های پیزوالکتریک دارای درجه پلاریزاسیون بالایی باشند و به خواص پیزوالکتریک بالقوه خود کاملاً بازی کنند، لازم است شرایط قطبش بهینه را اتخاذ کنید، یعنی قدرت میدان الکتریکی قطبش مناسب (E) و دمای قطبش (T) را انتخاب کنید. و زمان پلاریزاسیون (t). سه شرط فرآیند پلاریزاسیون به هم مرتبط هستند. اگر میدان الکتریکی قطبش ضعیف باشد، می توان آن را با افزایش دما و طولانی شدن زمان قطبش جبران کرد. اگر میدان الکتریکی قوی و دما بالا باشد، زمان قطبش را می توان کوتاه کرد. با این حال، سه حالت پلاریزاسیون ارتباط نزدیکی با ترکیب سرامیک های پیزوالکتریک دارند. برای مواد سرامیکی پیزوالکتریک PZT، میدان الکتریکی اجباری کاهش می یابد. روش سنتی تنظیم نسبت زیرکونیوم به تیتانیوم است. هرچه نسبت زیرکونیوم به تیتانیوم بزرگتر باشد، میدان الکتریکی اجباری کوچکتر است، به طوری که میدان الکتریکی قطبش کوچکتر است. افزایش نسبت زیرکونیوم به تیتانیوم باعث بهبود قابل توجهی شرایط فرآیند پلاریزاسیون نمی شود.

در تولید و تحقیقات علمی، اکسیدها و ترکیبات خاصی اغلب به عنوان افزودنی های کمیاب برای بهبود عملکرد مواد سرامیکی پیزوالکتریک استفاده می شود. این افزودنی های کمیاب جایگزین موقعیت برخی از یون های تیتانیوم و یون های زیرکونیوم در PZT می شوند که باعث می شود دامنه در دانه ها به راحتی حرکت کند که منجر به کاهش قابل توجه میدان الکتریکی اجباری و همچنین کاهش سه حالت پلاریزاسیون می شود. پلاریزه شدن آسان پس از یک دوره طولانی آزمایش های مکرر، مشخص شد که فیلتر سرامیکی پیزوالکتریک 5/6 مگاهرتز از PZT اصلاح شده ساخته شده و ترکیب آن Pb0 است. 90 Sr0. 05 میلی گرم 0. 03Ba0. 02 (Zr0. 53 Ti0. 47 ) O3 + CeO2 + پس از اینکه مواد اولیه سرامیکی پیزوالکتریک از قبل پخته شد، تشکیل شد، پخته شد و صیقل داده شد، یک دیسک گرد پیزو سرامیکی به ابعاد 24 میلی متر × 0.35 میلی متر تشکیل می شود و پس از نقره ای شدن در هر دو طرف آن در 0 در 0 درجه سرامیکی قرار می گیرد. C. بیش از 10 دقیقه بپزید و کاشی ها را از لایه نقره جدا کنید. سپس صفحه پیزو نقره در کوره جعبه ای قرار می گیرد و دما در دمای ثابت 15 درجه سانتیگراد / 6 دقیقه به 100 درجه سانتیگراد افزایش می یابد و دما در 0.5 درجه سانتیگراد افزایش می یابد. دما به دمای ثابت 15 درجه سانتیگراد / 6 دقیقه افزایش می یابد. در دمای 400 درجه سانتیگراد، دما در دمای ثابت 20 درجه سانتیگراد / 6 دقیقه به 700 درجه سانتیگراد افزایش یافت. پس از یک دمای ثابت 20 دقیقه، دما به آرامی به زیر 100 درجه سانتیگراد کاهش یافت. قطعات پرسلن با روکش نقره به مدت 12 ساعت در دمای اتاق قرار داده شدند، در حمام روغن سیلیکونی قرار گرفتند و تحت شرایط پلاریزاسیون مختلف تحت درمان پلاریزاسیون قرار گرفتند. خواص پیزوالکتریک از لوله پیزوالکتریک مماسی پس از 24 ساعت ایستادن اندازه گیری شد.

اثر میدان الکتریکی قطبی شده بر خواص پیزوالکتریک

در فرآیند پلاریزاسیون، میدان الکتریکی قطبش نیروی محرکه خارجی برای هدایت دامنه است. در صورت تجاوز نکردن از قدرت میدان اشباع ماده، هرچه E بزرگتر باشد، تأثیر جهت گیری دامنه بیشتر می شود و درجه قطبش هر چه کامل تر باشد، عملکرد پیزوالکتریک بهتر است. الکترون‌هایی که در فشار پایین به سختی منحرف می‌شوند یا جهت‌دهی مجدد می‌شوند، در فشار بالا بیشتر مستعد انحراف یا جهت‌گیری مجدد هستند که باعث می‌شود قطبش کامل‌تر شود. برای یک دامنه وارونگی 180 درجه، وارونگی دامنه دامنه معکوس را از طریق حرکت جانبی دیواره دامنه آن هدایت نمی کند، بلکه قطبش زیادی در نزدیکی الکترود در امتداد لبه نمونه در داخل دامنه وارونگی ایجاد می کند. یک دامنه جدید و تیز مانند با جهتی مطابق با جهت میدان الکتریکی. پس از هسته گیری دامنه جدید، تحت تأثیر میدان الکتریکی پیشروی کرده و به کل نمونه نفوذ می کند. هنگامی که میدان الکتریکی افزایش می یابد، دامنه های جدید به طور مداوم ظاهر می شوند و توسعه رو به جلو به کل حوزه معکوس انتشار می یابد. در نهایت، دامنه معکوس همان جهت میدان الکتریکی خارجی می شود و با حوزه های همسانگرد مجاور ترکیب می شود تا حجم بیشتری را تشکیل دهد. برای یک دامنه 90 درجه، دیواره دامنه می تواند به صورت جانبی حرکت کند، و میدان الکتریکی بحرانی مورد نیاز برای حرکت جانبی دامنه 90 درجه کوچکتر از میدان الکتریکی بحرانی مورد نیاز برای هسته جدید دامنه تیز است، اما فرمان دامنه 90 درجه و جهت میدان الکتریکی خارجی مورد نیاز است. Consistent به میدان الکتریکی بزرگتری نیاز دارد و توسعه دامنه جدید آن عمدتاً به میدان الکتریکی خارجی برای فشار دادن حرکت جانبی دیواره دامنه 90 درجه متکی است. تحت شرایط t = 15 دقیقه و T = 130 درجه سانتیگراد، قطبش قطعه سرامیکی پیزوالکتریک توسط E تغییر کرد، و ثابت پیزوالکتریک d33 با E تغییر کرد. می‌توان مشاهده کرد که وقتی E < 1.5 kV/mm، d33 به آرامی با افزایش E افزایش می‌یابد. هنگامی که E> 1. 5 کیلو ولت بر میلی متر، d33 به سرعت با افزایش E افزایش می یابد، اما زمانی که E > 2.5 کیلوولت بر میلی متر، d33 ناگهان به سرعت کاهش می یابد. این به این دلیل است که وقتی E < 1. 5 کیلو ولت بر میلی‌متر باشد، قطبش فقط می‌تواند باعث شود که ماده به راحتی در جهت میدان الکتریکی خارجی به جهت دامنه 180 درجه تبدیل شود، بنابراین مقدار d33 کمتر است و افزایش آهسته‌تر است. هنگامی که E > 1. 5 کیلو ولت، میدان الکتریکی خارجی بزرگتر از میدان الکتریکی اجباری ماده است، به طوری که دامنه 90 درجه ای که برای چرخاندن مواد دشوار است. که به جهت میدان الکتریکی خارجی تمایل دارد، بنابراین d33 به سرعت افزایش می یابد. به افزایش قدرت میدان الکتریکی خارجی ادامه دهید، زمانی که E> 2. 0 کیلو ولت / در میلی متر، چرخش دامنه پیزوالکتریک در ماده تقریباً کامل شده است، بنابراین افزایش d33 تمایل به کندی دارد. اما هنگامی که E به مقدار معینی می رسد (E > 2.5 کیلو ولت بر میلی متر)، الکترون های آزاد در سرامیک پیزو انرژی بیشتری نسبت به انرژی از دست رفته در میدان الکتریکی دریافت می کنند. بر اساس تئوری برخورد یونیزاسیون، الکترون های آزاد می توانند پس از هر برخورد باشند. انباشته شدن انرژی باعث می شود دمای ورق سرامیکی به طور مداوم افزایش یابد، عملکرد پیزوالکتریک به طور مداوم کاهش می یابد و در نهایت شکست حرارتی رخ می دهد. علاوه بر این، زمانی که میدان الکتریکی اعمال شده به اندازه کافی زیاد باشد، به دلیل اثر تونل‌زنی مکانیک کوانتومی، الکترون‌های باند ممنوعه ممکن است وارد نوار رسانایی شوند و تحت تأثیر میدان قوی، الکترون‌های آزاد شتاب گرفته و باعث برخورد و یونیزه شدن الکترون‌ها می‌شوند. در این زمان به دلیل افزایش جریان، دمای محلی کریستال پیزو افزایش می یابد و باعث می شود تا کریستال پیزو تا حدی ذوب شده و ساختار آن را از بین ببرد، به طوری که خواص پیزو سرامیک کاهش یافته و در نهایت تجزیه رخ می دهد.

تاثیر دمای پلاریزاسیون بر خواص پیزوالکتریک

تحت شرایط E = 2. 0 kV/mm و t = 15 دقیقه، T برای پلاریزه کردن سرامیک پیزوالکتریک تغییر می کند. تغییرات d33 و d33 سریعتر شروع به افزایش می کند. پس از رسیدن دما به 130 درجه سانتیگراد، مقدار d33 اساساً بدون تغییر باقی ماند. این به این دلیل است که در دماهای پایین تر، با افزایش دما، نسبت محور کریستال پیزو کوچکتر می شود، فعالیت دامنه افزایش می یابد و استرس داخلی ناشی از فرمان 90 درجه دامنه ها کوچکتر می شود، یعنی فرمان دامنه تحت تأثیر قرار می گیرد. مقاومت کوچک است، و دامنه ها به راحتی جهت دهی می شوند، بنابراین پلاریزاسیون آسان تر است. هنگامی که T به 130 درجه سانتیگراد می رسد، بیشتر حوزه های پیزوالکتریک می چرخند و فرمان اشباع می شود، بنابراین مقدار d33 تغییر نمی کند.

شرایط پلاریزاسیون تأثیر زیادی بر عملکرد سرامیک های پیزوالکتریک دارد و میدان الکتریکی پلاریزاسیون عامل اصلی در شرایط پلاریزاسیون است. از نظر تئوری، زمانی که میدان الکتریکی اعمال شده از قدرت میدان اجباری فراتر رود، بیشتر حوزه ها باید چرخانده شوند و پلاریزه شوند و مرتب شوند و کاملاً قطبی شوند، اما تحت چنین میدان الکتریکی، حتی اگر برای مدت طولانی قطبی باشد، نمی توان آن را به دست آورد. خواص پیزوالکتریک بهتر برای اینکه خواص پیزوالکتریک ماده اعمال شده به طور کامل انجام شود، میدان الکتریکی باید به قدرت میدان اشباع اضافه شود که 3 تا 4 برابر قدرت میدان اجباری است. بنابراین میدان الکتریکی اجباری حد پایین میدان الکتریکی است که در حین پلاریزاسیون انتخاب می‌شود و قدرت میدان اشباع می‌توان در نظر گرفت که حد بالایی شدت میدان در زمان پلاریزاسیون انتخاب می‌شود و اگر از شدت میدان اشباع فراتر رود، شکست به راحتی پیدا می‌شود. پس از بررسی جامع، پارامترهای فرآیند پلاریزاسیون بهینه فیلتر سرامیکی پیزوالکتریک 5/6 مگاهرتز تعیین می‌شود: قدرت میدان الکتریکی پلاریزاسیون 2.2 کیلوولت بر میلی‌متر و دمای پلاریزاسیون 130 درجه سانتی‌گراد است. بر این اساس، قطب تعیین می شود. زمان 15 دقیقه است نتایج تجربی نشان می دهد که زمانی که زمان پلاریزاسیون از 15 دقیقه تجاوز کند، تأثیر بر عملکرد پیزوالکتریک آشکار نیست. همچنین در این آزمایش مشخص شد که استفاده از خمیر نقره خمیر رسانای با دمای پایین به جای خمیر نقره با دمای بالا در فرآیند پخت نقره می تواند خواص پیزوالکتریک و مکانیکی ورق سرامیکی را تا حدودی بهبود بخشد، اما استحکام اتصال کمتر و هزینه آن بیشتر است. بالا و نامناسب برای تولید صنعتی. در آزمایش فرآیند پخت، مشخص شد که ورق سرامیکی پیزو دارای دمای بیش از 1250 درجه سانتیگراد است و زمان نگهداری بیش از 2 ساعت در حین پلاریزاسیون مستعد شکسته شدن است که منجر به افزایش ترک می شود. زیرا هر چه دمای پخت بالاتر و زمان نگهداری بیشتر باشد، تبلور شدیدتر رخ می دهد، به طوری که دانه های کوچکتر به دانه های بزرگ تبدیل می شوند که معمولاً منجر به افزایش تخلخل سرامیکی و کاهش چگالی سرامیکی می شود. مقاومت مکانیکی و ثابت دی الکتریک را کاهش می دهد و در عین حال ضریب کیفیت مکانیکی سرامیک پیزو را کاهش می دهد.

 وقتی تحویل می رسد، تحویل احراز هویت می شود. در صورت موفقیت آمیز بودن، منابع تخصیص یافته در مرحله آماده سازی به ماژول دسترسی پروتکل تحویل داده می شود و یک تماس با کنترل آغاز می شود. در این زمان، کنترل تماس، تماس را یک تماس ترمینال معمولی در نظر می گیرد. هنگامی که ماژول دسترسی پروتکل به HOM گزارش می دهد که ترمینال واقعاً به پیام دسترسی پیدا کرده است، می توان سوئیچ را در وضعیت پایدار در نظر گرفت. اگر پایانه ای که روشن می شود به تحویل های دیگری مانند تحویل داخلی یا تحویل بعدی نیاز داشته باشد، می توان آن را طبق توضیحات عملکرد HO تکمیل کرد. لازم به ذکر است که انتهای OT سوئیچ شده هیچ ارتباطی با انتهای OT مکالمه ندارد. پایان T و O انتهای تماس می تواند پایان O سوئیچ شده یا پایان T سوئیچ شده باشد. پس از تحقیق در مورد انتقال GSM و UMTS، در صورت وجود انتقال GSM و UMTS در سوئیچ نرم‌افزار موبایل، شباهت‌های زیادی بین فرآیند سیگنال‌دهی و کنترل رسانه، به‌ویژه پیام‌های انتقال BSSAP و RANAP وجود دارد. در فرآیند طراحی ماشین حالت، اجرای ادغام دو پروتکل و در نهایت اتخاذ طرح اجرای جداسازی در نظر گرفته شده است. فرآیند سیگنال دهی یک پروتکل واحد در انتقال، پیچیده نیست و پیچیدگی انتقال عمدتاً از همکاری پروتکل ها در چندین رابط مختلف ناشی می شود. ادغام پیام‌های مربوط به انتقال در دو پروتکل قسمت کاربردی زیرسیستم ایستگاه پایه (BSSAP) و بخش برنامه کاربردی شبکه دسترسی رادیویی (RANAP) نمی‌تواند تا حد زیادی برای طراحی ماشین حالت انتقال ساده شود و برای BSSAP نیز خواهد بود. طراحی سازگار با پروتکل RANAP پیچیدگی را اضافه می کند. علاوه بر این، ادغام منجر به اضافه شدن پیام ها و پارامترها یا از دست دادن عملکرد می شود.