Comhdhéanamh ábhar ceirmeach piezoelectric

Tá riachtanais feidhmíochta éagsúla ag raonta iarratais éagsúla le haghaidh ábhair ceirmeacha piezoelectric . 1 Ábhar ceirmeach piezoelectric Perovskite, is é an fhoirmle ceimiceach ABO3, is ian dearfach é A le ga mór, is féidir a bheith +1, +2, +3; Is ian deimhneach é B le ga beag, agus is féidir a bheith +3 , +4, +5, +6. Is féidir le ga ianach na dtrí ian A, B agus O an gaol seo a leanas a shásamh chun an struchtúr ABO3 a fhoirmiú: RA+RO = t√2 (RB+RO, is fachtóir lamháltais é t, go ginearálta is féidir cailciam a fhoirmiú idir 0.86 agus 1.03 Struchtúr méine tíotáiniam Foirmiú tipiciúil: (1) 0.99 [PbTiO3 + 0.0.0.03M + 0.0.03000000003M + 0.04003M + teocht calcination 850 ° C, caomhnú teasa ar feadh 2 uair an chloig, tá an teocht lámhaigh 1240 ° C, caomhnú teasa ar feadh 1 uair an chloig, Kp = 0.096, Qm = 1050, Nt = 2120 (2) minicíocht ard (30M-100MC) poirceallán scagaire. PbTiO3+1wt%MnO2+1wt%Pb3O4ε=150, Kp=0.40, Qm=800~1000, teocht agus am Cobhsaíocht mhaith.

(1) Leis an athrú Zr:Ti, athraíonn an pointe Curie beagnach líneach ó 235 ° C go 490 ° C, agus is céim ciúbach paraelectric é an líne Tc gan aon éifeacht piezoelectric.

(2) Zr: Tá teorainn chéim aonchineálach gar do Ti=53:47, is é an taobh saibhir tíotáiniam an chéim fheirleictreach tetragonal FT; is é an taobh saibhir siorcóiniam an chéim ferroelectric triantánach ard-teocht FR, an teocht ardaíonn trasducers criadóireachta piezoelectric , agus tá teorainn na céime seo saibhir i siorcóiniam Tá an taobh claonta agus trasnaíonn sé an líne Tc ag 360 ° C (rud a léiríonn go bhfuil an teocht Curie Tc ard in aice le teorainn na céime), agus déantar na paraiméadair cealla aonad a athrú go tobann in aice le teorainn na céime. Tá éifeacht piezoelectric láidir in aice le teorainn na céime idir an chéim ferroelectric tetragonal FT agus an chéim ferroelectric trigonal FR. Tá uasluach ag Kp, ε agus tá luach an-bheag ag Qm. Tá airíonna piezoelectric poircealláin PZT in aice le teorainn na céime i bhfad níos airde ná iad siúd atá ag poirceallán BaTiO3. Ós rud é go bhfuil an Tc den porcelain PZT ag an teorainn ard (360 ° C), tá KP agus ε araon cobhsaí laistigh de 200 ° C, atá ina ábhar piezoelectric idéalach. Dhópála Modhnú ar PZT Porcelain of trasducer criadóireacht piezo leictreonach . Chun críocha éagsúla a chomhlíonadh, ní mór dúinn criadóireacht piezoelectric PZT le hairíonna éagsúla. Ar an ábhar sin, is féidir linn iain éagsúla a chur leis chun an t-ian Pb2+ ag an suíomh A nó an t-ian Zr4+, Ti4+ ag suíomh B a athsholáthar. Mar sin feabhsaítear feidhmíocht an ábhair.

Ionadú eile modhnaithe ionadú crua modhnaithe ionadú bog modhnaithe ionadú coibhéiseach ionadú coibhéiseach doped modhnaithe PZT (1) ciallaíonn ionadú coibhéiseach go bhfuil ga Ca2+, Sr2+, Mg2+ níos lú ná ga ian Pb2+ Mar thoradh ar ionadú ian Pb2+ méadaítear tairiseach tréleictreach εT an Pb2+. diosca ceirmeach piezo , méadú ar chomhéifeacht cúplála leictrimheicniúla KP, agus méadú ar an tairiseach piezoelectric d, rud a fheabhsóidh airíonna piezoelectric na ceirmeacha PZT. Ciallaíonn an téarma 'modhnú ar ionadú bog' gur féidir leis na breiseáin seo an neart réimse comhéigeantach EC a laghdú faoi ↓, agus tá an polarú éasca, ionas go n-éireoidh airíonna an ábhair 'bog' faoi ghníomhaíocht réimse leictrigh nó strus.

(a) La3+, Bi3+, Sb3+, etc. a chur in ionad an ian A-site Pb+2 (dópáil deontóra); Nb5+, Ta5+, Sb5+, W6+, etc. Ag cur ionad B-suíomh Zr4+, iain Ti4+ (dópáil deontóra). Tá na hathruithe seo a leanas ag airíonna poircealláin PZT arna mhodhnú le hionadú bog: laghdaítear neart réimse éigeantach EC ↓, laghdaítear an fachtóir cáilíochta meicniúil Qm ↓; méadaíonn an tairiseach tréleictreach ε ↑, méadaíonn an caillteanas tréleictreach tan δ ↑, comhéifeacht cúplála leictrimheicniúla KP Nuair a mhéadaítear ↑, méadaítear an friotaíocht aosaithe agus méadaítear an fhriotaíocht inslithe ρ ↑. Is é an chúis atá leis seo ná go gcruthaítear easnamh Pb2+ dá n-eisiúint. Mar shampla, má chuirtear gach dhá La3+ in ionad 3 Pb2+, d’fhonn cothromaíocht an phraghais leictreachais a choinneáil, laghdaítear líon na gcaitíní ag suíomh A sa struchtúr perovskite, agus gintear folúntas A. Mar gheall ar easpa Pb2+, déantar an tairiscint fearainn éasca, agus is féidir fiú neart réimse leictreach beag nó strus meicniúil a chur faoi deara go n-aistríonn na ballaí fearainn. 

Mar thoradh air sin, méadú ar an tairiseach tréleictreach agus comhéifeacht comhlíonta leaisteach de Tarlaíonn trasducers ceirmeacha Pzt piezoceramic , agus ag an am céanna, méadaítear caillteanas tréleictreach agus caillteanas meicniúil, agus laghdaítear Qm. Thairis sin, ós rud é go bhfuil stiúradh na bhfearann ​​​​éasca, méadaítear líon na bhfearann ​​​​dhírithe i dtreo an réimse leictrigh, rud a mhéadaíonn an polarú, ionas go mbeidh an éifeacht piezoelectric méadaithe go mór, rud a léiríonn méadú ar an luach Kp. Ós rud é go n-éiríonn friotaíocht stiúrtha an fhearainn beag, tá an réimse éigeantach chun an polaraíocht a aisiompú chun an fhriotaíocht a shárú beag, agus tá an líne tuairisceáin beagnach dronuilleogach. Thairis sin, mar gheall ar easpa Pb2+, déantar an strus inmheánach de bharr an stiúrtha 90-fearainn a mhaolánú, ionas go n-éireoidh an brú iarmharach beag. I bhfocail eile, ós rud é go n-aistrítear na ballaí fearainn go héasca, scaoiltear strus inmheánach na bhfearann ​​​​go héasca, agus mar sin tá an fheidhmíocht ag dul in aois go maith. Is breiseáin mhionathraithe a úsáidtear go coitianta iad breiseáin 'bog'.

(b) Mar shampla, is minic a dhéantar ábhar trasduchtóra fuaime faoi uisce den chineál glactha a dhópáil le La2O3 agus Nb2O5 chun an luach Kp agus an tairiseach tréleictreach a mhéadú. Pb0.95Sr0.05(Zr0.52Ti0.48)O3+0.9%La2O3+0.9%Nb2O5, Kp=0.60, ε=2100, Qm=80, cobhsaíocht mhaith, friotachas toirte 1012 óm breiseán 'bog' Ní sháraíonn an méid go ginearálta 5%. b Modhnú ar ionadú crua, ciallaíonn an 'modhnú ar ionadú crua' mar a thugtar air, gur féidir leis na breiseáin seo a chur leis an neart réimse comhéigeantach CE, agus éiríonn an polarú deacair, agus mar sin déantar airíonna an ábhair 'crua' faoi ghníomh an réimse leictrigh nó strus.

(a) K+, Na+, etc. a chuirtear in ionad iain A-suíomh Pb2+ (dópáil glacadóir);

(b) iain Zr4+ agus Ti4+ (glacadóir dópáilte) curtha in ionad B ag Fe2+, Co2+, Mn2+ (nó Fe3+, Co3+, Mn3+), Ni2+, Mg2+, Al3+, Cr3+, agus a leithéidí.

Tá na hathruithe seo a leanas ag airíonna poircealláin PZT arna mhodhnú trí ionadú crua: Méaduithe réimse éigeantach EC ↑, méaduithe fachtóir cáilíochta meicniúil Qm ↑; laghdaítear tairiseach tréleictreach ε , laghdaítear caillteanas tréleictreach tan δ ↓, laghdaítear comhéifeacht cúplála leictrimheicniúla KP Beaga ↓, laghdaítear an fhriotaíocht aosaithe, agus laghdaítear an friotachas inslithe ρ.

Ceirmeach piezoelectric trínártha perovskite

Trí chóimheas Zr / Ti a athrú agus méid beag breiseán a ionchorprú, cé gur féidir roinnt maoine a fheabhsú, mar gheall ar an raon níos leithne agus níos leithne d'ábhair piezoelectric, tá na ceanglais maidir le hábhair ag fáil níos airde agus níos airde, agus ní féidir ach córais dhénártha na ceanglais úsáide a chomhlíonadh. Mar sin tá córas trínártha.Tagraíonn an t-ábhar ceirmeach trínártha perovskite piezoelectric mar a thugtar air do thuaslagán soladach déanta de chomhdhúil perovskite ilchodach agus titanate siorcónáit luaidhe.