Tutkimus PZT-pietsosähköisen keramiikan polarisaatioprosessista

Pietsosähköisiä kideantureita käytetään laajalti elektroniikan, valon, lämmön ja akustiikan aloilla, ja niistä on tullut tärkeitä toiminnallisia materiaaleja puolustusteollisuudessa, siviiliteollisuudessa ja jokapäiväisessä elämässä. Ne ovat nykyisten funktionaalisten materiaalien tärkein tutkimussuunta. Tällä hetkellä eniten käytetty pietsosähköinen keramiikka on edelleen lyijysirkonaattititanaatti (PZT) ja sen kolmi- tai kvaternäärinen keramiikka. Polarisaatioprosessi on avainprosessi pietsosähköisten keraamisten laitteiden valmistuksessa. Polarisaatioprosessi on prosessi, jossa pietsosähköisen keramiikan aluerakenteita liikkuu ja kehitetään. Pietsosähköinen keramiikka ovat isotrooppisia kappaleita ennen keinotekoista polarisaatiota, eivätkä ne osoita pietsosähköistä vaikutusta ulkoisesti; polarisaation jälkeen niistä tulee anisotrooppisia kappaleita remanentin polarisaation vuoksi, jolloin niillä on pietsosähköinen vaikutus. Polarisoidun pietsosähköisen keramiikan dielektriset ja elastiset ominaisuudet liittyvät polarisaatioasteeseen. Jotta pietsosähköisellä keramiikalla olisi korkea polarisaatioaste ja se antaisi täyden pelin mahdollisille pietsosähköisille ominaisuuksilleen, on tarpeen ottaa käyttöön optimaaliset polarisaatioolosuhteet, toisin sanoen valita sopiva polarisaatiosähkökentän voimakkuus (E) ja polarisaatiolämpötila (T). Ja polarisaatioaika (t). Polarisaatioprosessin kolme ehtoa liittyvät toisiinsa. Jos polarisaatiosähkökenttä on heikko, se voidaan kompensoida nostamalla lämpötilaa ja pidentämällä polarisaatioaikaa; jos sähkökenttä on voimakas ja lämpötila korkea, polarisaatioaikaa voidaan lyhentää. Nämä kolme polarisaation ehtoa liittyvät kuitenkin läheisesti pietsosähköisen keramiikan koostumukseen. PZT-pietsosähköisten keraamisten materiaalien pakottava sähkökenttä pienenee. Perinteinen menetelmä on säätää zirkoniumin ja titaanin suhdetta. Mitä suurempi zirkoniumin ja titaanin suhde on, sitä pienempi on pakottava sähkökenttä, jolloin polarisaatiosähkökenttä on pienempi. Zirkoniumin ja titaanin suhteen lisääminen ei merkittävästi paranna polarisaatioprosessin olosuhteita.

Tuotannossa ja tieteellisessä tutkimuksessa tiettyjä oksideja ja yhdisteitä käytetään usein hivenlisäaineina pietsosähköisten keraamisten materiaalien suorituskyvyn parantamiseksi. Nämä hivenlisäaineet korvaavat joidenkin titaani-ionien ja zirkoniumionien paikat PZT:ssä, mikä saa jyvien domeenin liikkumaan helposti, mikä johtaa merkittävästi koersitiivisen sähkökentän vähenemiseen ja vähentää myös kolmea polarisaation ehtoa. Helppo polarisoida. Pitkän jakson toistuvien kokeiden jälkeen todetaan, että 6,5 MHz:n pietsosähköinen keraaminen suodatin on valmistettu modifioidusta PZT:stä ja sen koostumus on Pb0. 90 Sr0. 05Mg0. 03Ba0. 02 (Zr0. 53 Ti0. 47 ) O3 +CeO2 + Kun pietsosähköinen keraaminen raaka-aine on esipoltettu, muotoiltu, poltettu ja kiillotettu, muodostuu pyöreä pietsokeraaminen kiekko, jonka koko on 24 mm × 0,35 mm, ja sen jälkeen, kun pyöreän pietsokeramiikka on molemmin puolin hopeaa, se asetetaan uuniin 0 °C yli 0 °C:een. min, ja poista laatat hopeakerroksesta. Sitten hopeapietsolevy asetetaan laatikkouuniin ja lämpötila nostetaan 100 °C:seen vakiolämpötilassa 15 °C / 6 min ja lämpötila nostetaan 0,5 °C:seen. Lämpötila nostetaan vakiolämpötilaan 15 °C / 6 min. 400 °C:ssa lämpötila nostettiin 700 °C:seen vakiolämpötilassa 20 °C / 6 min. 20 minuutin vakiolämpötilan jälkeen lämpötila laskettiin hitaasti alle 100 °C:een. Hopeoidut posliinipalat asetettiin huoneenlämpötilaan 12 tunniksi, asetettiin silikoniöljyhauteeseen ja alistettiin polarisaatiokäsittelylle erilaisissa polarisaatio-olosuhteissa. Pietsosähköiset ominaisuudet tangentiaalinen pietsosähköinen putki mitattiin 24 tunnin seisomisen jälkeen.

Polarisoidun sähkökentän vaikutus pietsosähköisiin ominaisuuksiin

Polarisaatioprosessissa polarisaatiosähkökenttä on ulkoinen käyttövoima alueen ohjaamisessa. Jos materiaalin kyllästyskentän voimakkuutta ei ylitetä, mitä suurempi E, sitä suurempi on alueen kohdistuksen orientaation vaikutus ja polarisaatioaste Mitä täydellisempi, sitä parempi pietsosähköinen suorituskyky. Elektronit, joita on vaikea kääntää tai suunnata uudelleen matalassa paineessa, ovat alttiimpia taipumiselle tai uudelleensuuntautumiselle korkeassa paineessa, mikä tekee polarisaatiosta täydellisemmän. 180°:n inversioalueelle domeenin inversio ei ohjaa käänteisaluetta sen alueen seinämän lateraalisen liikkeen läpi, vaan pikemminkin kasvattaa paljon polarisaatiota lähellä elektrodia näytteen reunaa pitkin inversioalueen sisällä. Uusi terävä alue, jonka suunta on yhdenmukainen sähkökentän suunnan kanssa. Uuden domeenin ytimen muodostumisen jälkeen se etenee sähkökentän vaikutuksesta ja tunkeutuu koko näytteeseen. Kun sähkökenttää tehostetaan, uusia alueita ilmaantuu jatkuvasti, ja eteenpäin suuntautuva kehitys etenee koko käänteisalueelle. Lopuksi käänteisalueesta tulee sama kuin ulkoisen sähkökentän suunta, ja se yhdistyy vierekkäisten isotrooppisten domeenien kanssa muodostaen suuremman tilavuuden. 90°:n alueella verkkoalueen seinämä voi liikkua sivusuunnassa ja 90°-alueen sivuttaisliikkeen edellyttämä kriittinen sähkökenttä on pienempi kuin terävämuotoisen uuden alueen ytimen edellyttämä kriittinen sähkökenttä, mutta 90° alueen ohjaus ja ulkoinen sähkökentän suunta ovat välttämättömiä. Johdonmukainen vaatii suurempaa sähkökenttää, ja sen uuden alueen kehittäminen perustuu pääasiassa ulkoiseen sähkökenttään työntämään 90° alueen seinämän sivuttaisliikettä. Olosuhteessa t = 15 min ja T = 130 °C pietsosähköisen keraamisen kappaleen polarisaatio muuttui E:llä ja pietsosähköinen vakio d33 muuttui E:llä. Voidaan nähdä, että kun E < 1,5 kV/mm, d33 kasvaa hitaasti E:n kasvaessa; kun E > 1,5 kV/mm, d33 kasvaa nopeasti E:n kasvaessa, mutta kun E > 2,5 kV/mm, d33 laskee yhtäkkiä nopeasti. Tämä johtuu siitä, että kun E < 1,5 kV/mm, polarisaatio voi saada materiaalin kääntymään helposti vain 180° alueorientaatioon ulkoisen sähkökentän suuntaan, joten d33-arvo on pienempi ja kasvu hitaampaa; kun E > 1,5 kV, ulkoinen sähkökenttä on suurempi kuin materiaalin pakottava sähkökenttä, joten materiaalia vaikeasti kääntävä 90° alue, joka pyrkii ulkoisen sähkökentän suuntaan, joten d33 kasvaa nopeasti; jatkaa ulkoisen sähkökentän voimakkuuden kasvattamista, kun E > 2,0 kV/ Alle mm, pietsosähköisen alueen käännös materiaalissa on lähes täydellinen, joten d33:n kasvu on yleensä hidasta. Mutta kun E saavuttaa tietyn arvon (E > 2,5 kV/mm), pietsokeramiikan vapaat elektronit saavat enemmän energiaa sähkökentässä kuin häviävää energiaa. Ionisaatiotörmäysteorian mukaan vapaat elektronit voivat olla jokaisen törmäyksen jälkeen. Keräävä energia saa keraamisen levyn lämpötilan nousemaan jatkuvasti, pietsosähköinen suorituskyky heikkenee jatkuvasti ja lopulta tapahtuu lämpöhajoaminen. Lisäksi, kun käytetty sähkökenttä on riittävän korkea, kvanttimekaniikan tunnelointivaikutuksesta johtuen kielletyt kaistan elektronit voivat päästä johtavuuskaistalle, ja vahvan kentän vaikutuksesta vapaat elektronit kiihtyvät, jolloin elektronit törmäävät ja ionisoituvat. Tällä hetkellä, virran lisääntymisen vuoksi, pietsokiteen paikallinen lämpötila nousee, jolloin pietsokide sulaa osittain ja tuhoaa rakenteensa, jolloin pietsokeramiikan ominaisuudet heikkenevät ja lopulta tapahtuu hajoaminen.

Polarisaatiolämpötilan vaikutus pietsosähköisiin ominaisuuksiin

Olosuhteessa E = 2,0 kV/mm ja t = 15 min T muutetaan polarisoimaan pietsosähköistä keramiikkaa. d33:n ja d33:n vaihtelu alkaa kasvaa nopeammin. Kun lämpötila saavutti 130 °C, d33:n arvo pysyi periaatteessa ennallaan. Tämä johtuu siitä, että alemmissa lämpötiloissa lämpötilan noustessa pietsokideakselin suhde pienenee, domeenin aktiivisuus kasvaa ja domeenien 90° ohjauksen aiheuttama sisäinen jännitys pienenee, eli alueohjaus vaikuttaa. Vastus on pieni ja alueet ovat helposti suunnattuja, joten polarisaatio on helpompi suorittaa. Kun T saavuttaa 130 °C, suurin osa pietsosähköisistä alueista kääntyy ja ohjaus kyllästyy, joten d33:n arvo ei muutu.

Polarisaatio-olosuhteilla on suuri vaikutus pietsosähköisen keramiikan suorituskykyyn, ja polarisaatiosähkökenttä on päätekijä polarisaatio-olosuhteissa. Teoreettisesti, kun käytetty sähkökenttä ylittää koersitiivisen kentänvoimakkuuden, suurin osa alueista tulisi kääntää ja polarisoida uudelleen järjestettäväksi ja täysin polarisoiduksi, mutta sellaisessa sähkökentässä, vaikka se olisi polarisoitunut pitkään, sitä ei voida saada. Paremmat pietsosähköiset ominaisuudet. Jotta materiaalin pietsosähköiset ominaisuudet olisivat täysin vaikuttavia, sähkökenttä on lisättävä kyllästyskentän voimakkuuteen, joka on 3-4 kertaa koersitiivisen kentän voimakkuus. Siksi pakottava sähkökenttä on polarisaation aikana valitun sähkökentän alaraja ja kyllästyskentän voimakkuus Voidaan katsoa, ​​että kentänvoimakkuuden yläraja valitaan polarisaatiohetkellä, ja jos saturaatiokentän voimakkuus ylittyy, rikkoutuminen on helposti löydettävissä. Kattavan harkinnan jälkeen määritetään 6,5 MHz:n pietsosähköisen keraamisen suodattimen optimaaliset polarisaatioprosessiparametrit: polarisaatiosähkökentän voimakkuus on 2,2 kV/mm ja polarisaatiolämpötila on 130 °C. Tämän perusteella napa määritetään. Aika on 15 min. Kokeelliset tulokset osoittavat, että kun polarisaatioaika ylittää 15 minuuttia, vaikutus pietsosähköiseen suorituskykyyn ei ole ilmeinen. Kokeessa havaittiin myös, että matalan lämpötilan johtavan hopeapastan käyttö yleisesti käytetyn korkean lämpötilan hopeapastan sijaan hopeasintrausprosessissa voi parantaa keraamisen levyn pietsosähköisiä ja mekaanisia ominaisuuksia jossain määrin, mutta sidoslujuus on alhaisempi ja hinta korkeampi. Korkea ja teolliseen tuotantoon sopimaton. Polttoprosessin kokeessa havaittiin, että pietsokeramiikkalevyn lämpötila on yli 1 250 °C ja yli 2 tunnin pitoaika oli altis hajoamiselle polarisaation aikana, mikä johti halkeamien lisääntymiseen. Tämä johtuu siitä, että mitä korkeampi polttolämpötila ja pidempi pitoaika, sitä voimakkaampaa kiteytymistä tapahtuu, jolloin pienemmistä rakeista tulee suuria rakeita, mikä yleensä johtaa keraamisen huokoisuuden lisääntymiseen ja keraamisen tiheyden vähenemiseen. Se vähentää mekaanista lujuutta ja dielektrisyysvakiota ja samalla pienentää pietsokeramiikan mekaanista laatutekijää.

 Kun luovutus saapuu, luovutus todennetaan. Jos se onnistuu, valmisteluvaiheessa varatut resurssit siirretään protokollapääsymoduulille ja puhelu ohjataan. Tällä hetkellä puhelunohjaus pitää puhelua normaalina päätepuheluna. Kun protokollapääsymoduuli ilmoittaa HOM:lle, että pääte on todella päässyt sanomaan, kytkimen voidaan katsoa olevan stabiilissa tilassa. Jos sisään kytkettävä pääte vaatii muita kanavanvaihtoja, kuten sisäistä kanavanvaihtoa tai sitä seuraavaa kanavanvaihtoa, se voidaan suorittaa HO-toimintokuvauksen mukaisesti. On syytä huomauttaa, että kytketyillä OT-päillä ei ole mitään tekemistä puhelun OT-päiden kanssa. Puhelun T- ja O-pää voivat olla kytketty O-pää tai kytketty T-pää. GSM- ja UMTS-kanavanvaihdon tutkimuksen jälkeen, jos mobiiliohjelmistokytkimessä on GSM- ja UMTS-kanavanvaihtoja, signalointiprosessin ja mediaohjauksen välillä on monia yhtäläisyyksiä, erityisesti BSSAP:n ja RANAP:n kanavanvaihtosanomissa. Tilakoneen suunnitteluprosessissa katsotaan toteuttavan kahden protokollan yhdistämisen ja lopulta hyväksyvän erottelun toteutusjärjestelmän. Yhden protokollan signalointiprosessi kanavanvaihdossa ei ole monimutkainen, ja kanavanvaihdon monimutkaisuus johtuu pääasiassa protokollien yhteistyöstä useilla eri rajapinnoilla. Kanavanvaihtoon liittyvien viestien yhdistämistä tukiaseman alijärjestelmän sovellusosan (BSSAP) ja radiopääsyverkkosovellusosan (RANAP) kahdessa protokollassa ei voida yksinkertaistaa suuresti kanavanvaihtotilakoneen suunnittelussa, ja se koskee myös BSSAP:tä. RANAP-protokollaan mukautettu suunnittelu lisää monimutkaisuutta. Lisäksi fuusio johtaa viestien ja parametrien redundanssiin tai toiminnan menettämiseen.