Pietsosähköinen polarisaatio- ja hystereesisilmukka

Pietsosähköisen keramiikan polarisaatio

 

Ennen pietsosähköinen keraaminen materiaali ei ole polarisoitunut, vapaat elektronit ovat järjestäytyneet epäjärjestykseen; polarisaatiokäsittelyn jälkeen muodostuu jäännöspolarisaatio polarisaatiosuunnassa anisotrooppiseksi monikiteeksi, vapaat elektronit ovat yleensä yhdenmukaisia ​​ja pietsosähköisyys paranee suuresti. Kuten kuvioissa 1 ja 2 esitetään, pietsosähköisistä keraamisista materiaaleista voidaan tehdä muotoja ja polarisaatiosuuntia. The pietsosähköisillä keraamisilla materiaaleilla ennen polarisaatiota ja sen jälkeen on eri dielektrisyysvakio ε ja pietsosähköinen vakio d.

Aseta dielektrisyysvakio ennen polarisaatiota: ε 11 = ε 22 = ε 33. Jos s polarisoituu suuntaa 3 pitkin, kaksi muuta elektrodin pintaa ovat kohtisuorassa polarisaatiosuuntaan nähden. Dielektrisyysvakio polarisaation jälkeen: ε 11 = ε 22 ≠ ε 33 ja ε 33:n arvo on paljon suurempi kuin ε11.

Pietsosähköisen keramiikan pietsosähköinen vakio on myös anisotrooppinen, ja pietsosähköisen vakion d arvo eri suuntiin on myös erilainen. Niistä suunnan 3 arvo on suuri, eli d 33 >>d 31 ja d 32 . Jos mitataan galvanometrillä, d33:ssa on vain virtaa, eikä virtaa synny kahdessa muussa suunnassa. Pietsosähköisen keramiikan polarisaatio on hyvin samanlainen kuin magneettien magnetointi, ja magneettikentän voimakkuus muuttuu suuresti ennen magnetointia ja sen jälkeen.

 

Pietsosähköisen keramiikan hystereesipiiri

Pietsosähköinen keramiikkapallo on monikiteinen, ja kun sen lämpötila on korkeampi kuin Curie-lämpötila Tc, se on kuutiohila; kun sen lämpötila on alle Curie-lämpötilan Tc, se on nelikulmainen hila ja sillä on pietsosähköisyys. Ilmiötä, että pietsosähköinen materiaali voi muuttaa materiaalin sisäistä rakennetta lämpötilassa Tc, kutsutaan solid-state-faasisiirtymäksi, ja Tc:tä kutsutaan faasimuutoslämpötilaksi, joka tunnetaan myös nimellä Curie-lämpötila. Eri pietsosähköisillä materiaaleilla on erilaiset Curie-lämpötilat.

 

Esimerkiksi BaTiO3:n Curie-lämpötila Tc on 120 ° C ja PbTiO3:n 490 ° C. Kun lämpötila nousee arvoon Tc, kuutioyksikkökennon kolme sivupituutta ovat yhtä suuret, eli: a = b = c, tällä hetkellä varauskeskus sijaitsee kuution keskellä, ja pietsosähköisillä keraamisilla ei ole pietsosähköisyyttä. Kun lämpötila on pienempi kuin Tc, tetragonaalisen yksikkökennon kolmen sivun pituudet eivät ole yhtä suuret, nimittäin: a = b

Ferrosähköisyys ilmenee, kun pietsosähköistä keramiikkaa polarisoidaan. Toisen polarisaation jälkeen muodostuu silmukkakäyrä, kuten kuvassa 3 on esitetty [1].

Kuvassa Ps on spontaani polarisaatio; Pr on jäännöspolarisaatio; Ec on pakottava kentänvoimakkuus  .

Polarisoinnin jälkeisestä hystereesisilmukkakäyrästä voidaan nähdä, että se on hyvin samanlainen kuin hystereesisilmukkakäyrä, joten pietsosähköistä keramiikkaa kutsutaan myös ferrosähköiseksi. Yhden polarisaation jälkeen on jäännöspolarisaatio Pr, joka muuttuu tätä käyrää pitkin joka kerta sen jälkeen. Eri pietsosähköisillä materiaaleilla on erilaiset hystereesisilmukat.

 

Pietsosähköiseen keraamiseen kappaleeseen kohdistetaan vaihtuva sähkökenttä ja hystereesikäyrä voidaan tarkkailla suoraan oskilloskoopin kautta. Kun sähkökenttä kasvaa tiettyyn intensiteettiin, polarisaation intensiteetti saavuttaa kyllästymisen. Niistä BC-osuus on lineaarinen lisäys, Ps on spontaani polarisaation intensiteetti, kun sähkökenttä on nolla, polarisaation intensiteetti ei ole yhtä suuri kuin nolla, ja P r on remanentti polarisaation intensiteetti. Kun sähkökenttä kasvatetaan käänteisesti arvoon Ec, polarisaatio on nolla. Koska Ec-piste voi tehdä pietsosähköisen keramiikan polarisaatiovoimakkuuden nollaksi, Ec:tä kutsutaan koersitiiviseksi kentänvoimakkuudelle. Kun sähkökenttä kasvaa vastakkaiseen suuntaan, polarisaation intensiteetti kasvaa myös vastakkaiseen suuntaan. Kun käänteisen polarisaation intensiteetti saavuttaa kyllästymisen ja sitten vähentää käänteistä sähkökenttää, polarisaation intensiteetti muuttuu käyrän HFC-viivaa pitkin.

 

Polarisaatioprosessi on erittäin monimutkainen prosessi. Polarisoinnin aikana ei tarvitse vaatia vain suurta sähkökenttää, vaan eri paksuudet vaativat eri aikoja, ja paras polarisaatiovaikutus on saavutettava suhteellisen korkeassa lämpötilassa. The polarisoitu pietsosähköinen keraaminen materiaali menettää polarisaatiovaikutuksen tietyssä korkeassa lämpötilassa, ja eri pietsosähköisillä materiaaleilla on erilaiset vikalämpötilat, joihin on kiinnitettävä huomiota valittaessa pietsosähköisiä keraamisia materiaaleja. Pietsosähköisen keramiikan polarisaatiokyky, pietsosähköisten keraamisten materiaalien suorituskykyero ennen polarisaatiota ja sen jälkeen on erittäin suuri.