Pietsosähköisen keraamisen fyysisen mekanismin prosessi

Pietsosähköinen keramiikka on monikiteinen kalvo, jolla on pietsosähköinen vaikutus, ja sen valmistusprosessi on nimetty sen samankaltaisen tuotantoprosessin mukaan (raaka-aineen jauhaminen, muovaus, korkean lämpötilan sintraus). Jotkut anisotrooppiset pietsokiteet muuttuvat mekaanisen voiman vaikutuksesta, mikä aiheuttaa varautuneiden hiukkasten suhteellisen siirtymisen,PZT-materiaalista pietsokeraaminen kiekko aiheuttaa positiivisia ja negatiivisia sitoutuneita varauksia pietsokiteen pinnalle. Tätä ilmiötä kutsutaan pietsosähköiseksi efektiksi. Tätä kiteen ominaisuutta kutsutaan pietsosähköisyydeksi. J. Curien ja P. Curien veljekset löysivät pietsosähkön vuonna 1880. Muutamaa kuukautta myöhemmin he varmistivat kokeellisesti käänteisen pietsosähköisen vaikutuksen, eli kun pietsokideeseen syötetään jännite, pietsokide käy läpi geometrisen muodonmuutoksen. Ennen vuotta 1940 tunnettiin vain kahden tyyppisiä ferrosähköisiä aineita (ei vain spontaanisti polarisoituneita tietyllä lämpötila-alueella, vaan myös kiteiden spontaani polarisaatio, joka voidaan suunnata uudelleen ulkoisen kentänvoimakkuuden vuoksi): toinen on jäännössuola ja jokin läheisesti sukua oleva tartraatti; yksi on kaliumdivetyfosfaatti ja sen ekvivalentti. Ensin mainitulla on pietsosähköisyys normaalilämpötilassa, ja sillä on tekninen käyttöarvo, mutta sen haittana on, että se on helppo liukea; jälkimmäisellä on pietsosähköisyys alhaisessa lämpötilassa (alle -14 C), eikä tekninen käyttöarvo ole suuri. Bariumtitanaatilla (BaTiO) havaittiin epänormaalin korkea dielektrisyysvakio vuosina 1942-1945. Pian sen todettiin olevan pietsosähköistä, ja BaTi O -pietsosähköisen keramiikan löytäminen oli kvanttihyppy pietsosähköisten materiaalien alalla. Aikaisemmin oli olemassa vain pietsosähköistä yksikidemateriaalia, ja sen jälkeen pietsosähköinen monikiteinen materiaali, pietsosähköinen keramiikka, ilmestyi ja sitä käytettiin laajalti. Vuonna 1947 Yhdysvallat käytti BaTiO-keramiikkaa äänittimien valmistukseen. Japani käytti sitä kaksi vuotta myöhemmin kuin Yhdysvallat. BaTiO:lla on se haittapuoli, että pietsosähköisyys on heikompi kuin leposuola ja pietsosähköisyys suurempi kuin pietsokvartsikide lämpötilan kanssa. Vuonna 1954 B. Jaffe ja muut löysivät pietsosähköisen PbZrO-PbTiO (PZT) kiinteän liuosjärjestelmän, joka on käänteentekevä tapahtuma, joka teki mahdottomaksi valmistaa laitteita BaTiO-aikakaudella. Siitä lähtien PZT:n läpinäkyvää pietsosähköistä keramiikkaa on kehitetty laajentamaan pietsosähköisen keramiikan käyttöä optiikka-alalle. Toistaiseksi pietsosähköisen keramiikan käyttö universumin kehityksestä perheen elämään on ollut erittäin laajaa. Pietsosähköisen keramiikan tutkimus Kiinassa alkoi 1950-luvun lopulla, noin 10 vuotta myöhemmin kuin ulkomailla. Pietsosähköisen keramiikan koetuotannossa ja teollisessa tuotannossa on tällä hetkellä melko vahvat voimat. Monet materiaalit ovat saavuttaneet tai ovat lähellä kansainvälistä tasoa.

Pietsokeraamisen pietsosähkön fysikaalinen mekanismi

Pietsosähköinen keramiikka ovat monikiteisiä, joiden pietsosähköisyys voidaan selittää pietsosähköisyydellä. pietsosähköiset levyt kristalli . Mekaanisen voiman vaikutuksesta sähköinen kokonaisdipolimomentti (polarisaatio) muuttuu, mikä johtaa pietsosähköiseen ilmiöön. Pietsosähköisyys liittyy läheisesti polarisaatioon, muodonmuutokseen.

Polarisaatiomikroskooppinen mekanismi Polarisaatiotila
on tila, jossa sähkökenttä kohdistaa suhteellisen syrjäytysvoiman eristeen varautuneeseen pisteeseen ja varausten välisen keskinäisen vetovoiman tilapäisen tasapainon. On olemassa kolme pääpolarisaatiomekanismia.

(1) Elektronin siirtymäpolarisaatio – eristeen atomi tai ioni ei ole yhteneväinen positiivisesti varautuneen ytimen ja kuorielektronin negatiivisen varauskeskuksen kanssa sähkökenttävoiman vaikutuksesta.
(2) Ionisiirtymäpolarisaatio – eristeen positiiviset ja negatiiviset ionit siirtyvät suhteellisesti sähkökenttävoiman vaikutuksesta, jolloin syntyy sähköinen dipolimomentti.
(3) Orientaatiopolarisaatio – dielektrisen aineen muodostavilla polaarisilla molekyyleillä on tietty sisäinen (luonnollinen) sähkömomentti. Lämpöliikkeestä johtuen suuntaus on epäselvä, kokonaissähkömomentti on nolla. Kun sähkökenttää käytetään, sähkökentän suunta on kohdistettu ja makroskooppinen sähköinen dipolimomentti ilmestyy.
Anisotrooppisille kiteille polarisaation ja sähkökentän välinen suhde

2. Pietsosähköinen vaikutus

(1) Positiivinen pietsosähköinen vaikutus
Kun peizosähköisten levyjen keraaminen muunnin muuttaa muotoaan ulkoisen voiman vaikutuksesta, positiiviset ja negatiiviset varauskeskukset ovat suhteellisen siirtyneet ja vastakkaisia ​​varauksia syntyy joillekin vastaaville pinnoille, ja polarisaatiointensiteetti tapahtuu. Tätä sähkökentän puuttumisen ja muodonmuutoksen aiheuttamaa polarisaatiota kutsutaan positiiviseksi pietsosähköiseksi efektiksi.

Anisotrooppisissa kiteissä pietsokideihin kohdistetaan jännitystä, ja kide osoittaa suhteellista polarisaatiota kolmessa suunnassa X, Y ja Z, joita kutsutaan pietsosähköiseksi jännitysvakioksi ja pietsosähköiseksi jännitysvakioksi, vastaavasti.

(2) Käänteinen pietsosähköinen vaikutus
Kun kiteeseen kohdistetaan sähkökenttä, ei synny vain polarisaatiota, vaan myös muodonmuutosta, ja tätä sähkökentän aiheuttamaa muodonmuutosilmiötä kutsutaan käänteiseksi pietsosähköiseksi ilmiöksi. Tämä johtuu siitä, että kun kiteen kohdistuu sähkökenttä, kiteen sisällä syntyy jännitystä (pietsosähköinen jännitys) ja jännitys synnyttää pietsosähköisen jännityksen.
.
3. Painevaikutuksen mekanismi

Pietsosähköinen vaikutus löydettiin ensimmäisen kerran pietsokiteistä. Nyt käytämme PZT-materiaalikiteitä mallina havainnollistamaan pietsosähköisen vaikutuksen fyysistä mekanismia.

Kun painetta ei kohdisteta, pietsokiteen positiiviset ja negatiiviset varauskeskukset jakautuvat. Tällä hetkellä positiiviset ja negatiiviset varauskeskukset osuvat yhteen, ja pietsokiden kokonaissähköinen momentti on yhtä suuri kuin nolla, ja kiteen pinta ei ole varautunut (ei pietsosähköinen).

Kun paineanturia kohdistetaan x-suunnassa, materiaalikide deformoituu ja positiiviset ja negatiiviset varauskeskukset erottuvat, eli sähködipoli muuttuu siten, että varauksen kertymistä tapahtuu X-tasolla.
Kun painetta kohdistetaan Y-akselin suunnassa, tässä esitetään kiteen positiivisten ja negatiivisten varauskeskusten jakautuminen, kun sähköinen kokonaisdipolimomentti muuttuu ja aiheuttaa varauksen kertymisen etuosaa vastapäätä olevalle X-tasolle. Ilmeisesti se, että se korvaa aiemman puristusvoiman vetovoimalla, osoittaa, että varauksen merkki on päinvastainen. Lyhyesti sanottuna, kun paineanturi kohdistetaan pietsosähköiseen kiteeseen, pietsosähköinen vaikutus saattaa aiheuttaa.