اصل اساسی مواد سرامیک پیزوالکتریک

1. دامنه:

به طور کلی جهت پلاریزاسیون خود به خود فروالکتریک ها متفاوت است اما در یک ناحیه کوچک جهت قطبش خود به خودی سلول های واحد مربوطه یکسان است و به این ناحیه کوچک دامنه فروالکتریک می گویند. دیوار مرزی بین دو حوزه، دیوار دامنه نامیده می شود و می توان آن را به دیوار دامنه 90 درجه، دیوار دامنه 180 درجه و موارد مشابه با توجه به جهت قطبش خود به خودی دو دامنه تقسیم کرد. دیوار دامنه معمولا در نزدیکی قرار دارد کریستال سرامیک پیزوالکتریک دارای نقص است و دیواره دامنه به دلیل تنش داخلی در ناحیه نقص به راحتی جابجا نمی شود. جهت‌گیری حوزه‌های مجاور به طور کلی 'انتها به دم' است و شکل خاصی از 'سر به سر، دم به دم' تحت عمل میدان تنش ظاهر می‌شود تا کاهش انرژی را تسهیل کند. حوزه مشاهده می تواند یک روش اچ شیمیایی، یک روش میکروسکوپ پلاریزه یا یک روش توپوگرافی اشعه ایکس باشد.

2. مفهوم فروالکتریک:

برخی از کریستال های پیزو خاصیت پلاریزاسیون خود به خودی را نشان می دهند. یک گشتاور الکتریکی پلاریزاسیون خود به خودی ذاتی در فروالکتریک وجود دارد؛ در بلورهای فروالکتریک، ساختار دامنه معمولاً همراه است، و گشتاورهای الکتریکی قطبش خود به خودی در همان حوزه در یک جهت هستند. هنگامی که کریستال مبدل پیزو پلاریزه اولتراسونیک به اندازه کافی بزرگ باشد، حوزه های مختلف پیزو الکتریکی می توانند هر کدام را به دلیل جهت گیری های مختلف لغو کنند، به طوری که قطبش ماکروسکوپی آشکار نمی شود. قطبش خود به خودی گشتاور الکتریکی می تواند تحت عمل میدان الکتریکی خارجی تغییر جهت دهد. تحت عمل میدان الکتریکی متناوب خارجی E، رابطه بین شدت پلاریزاسیون ماکروسکوپی p جسم فروالکتریک و E در خط برگشت ظاهر می شود. این خواص فروالکتریک ها بسیار شبیه به فرومغناطیس است، بنابراین آنها را فروالکتریک می نامند. در جسم فروالکتریک، شدت پلاریزاسیون ماکروسکوپی p=0 عموماً به دلیل ساختار دامنه است. وقتی میدان الکتریکی خارجی E بسیار کوچک است، p یک رابطه خطی با E دارد. وقتی E به اندازه کافی بزرگ باشد، منحنی که در آن p از E عقب می‌افتد، حلقه پسماند نامیده می‌شود. پس از یک قطبش متناوب مکرر یک میدان الکتریکی متناوب قوی با دامنه ثابت، حلقه پسماند شکل قابل ملاحظه ای پایدار دارد.

Ps قطبش خود به خودی یک حوزه واحد بدون میدان الکتریکی است. Pr قطبش باقیمانده است. Ec یک میدان الکتریکی اجباری است. هنگامی که میدان الکتریکی خارجی روی نمونه غیرقطبی شده شروع به عمل می کند، قطبش باقیمانده Pr روی نمونه ایجاد می شود. برای کاهش قطبش باقیمانده به صفر، میدان الکتریکی اجباری Ec باید در جهت مخالف اعمال شود. میدان الکتریکی در جهت مخالف قطبش را در جهت مخالف افزایش می دهد و در نتیجه کل حلقه پسماند را تشکیل می دهد. هر بار که قطبی می شود در امتداد این منحنی تغییر می کند. متفاوت مبدل پیزوالکتریک سرامیک های پیزوالکتریک دارای حلقه های هیسترزیس متفاوتی هستند. فرآیند پلاریزاسیون یک فرآیند بسیار پیچیده است. هنگامی که پلاریزه می شود، نه تنها به میدان الکتریکی بالاتری نیاز است، بلکه ضخامت های مختلف به زمان های متفاوتی نیاز دارند و اثر قطبش بهینه را می توان در دمای بالاتر به دست آورد. مواد سرامیکی پیزوالکتریک قطبی شده در دمای بالا خاصی اثر پلاریزاسیون را از دست می دهند و مواد پیزوالکتریک مختلف دماهای شکست متفاوتی دارند. این باید در هنگام انتخاب مواد سرامیکی پیزوالکتریک مورد توجه قرار گیرد. خواص پلاریزاسیون سرامیک های پیزوالکتریک دانشی است که طراحان ژئوفون پیزوالکتریک باید بر آن مسلط باشند. تفاوت عملکرد بین پیش پلاریزاسیون پیزوالکتریک و پس پلاریزاسیون مواد سرامیکی پیزوالکتریک زیاد است.

3. اثر پیزوالکتریک: