Anailís ar shaintréithe ceirmeacha piezoelectric

 éifeacht piezoelectric agus éifeacht tréleictreach na criadóireachta piezoelectric

 

Is í an éifeacht piezoelectric ná nuair a dhéantar roinnt tréleictreach a dhífhoirmiú trí fhórsa seachtrach i dtreo áirithe, go dtarlaíonn polarú taobh istigh, agus feictear muirir dhearfacha agus diúltacha ar an dá dhromchla os coinne. Nuair a bhaintear an fórsa seachtrach, fillfidh sé ar an stát gan mhuirearú. Tugtar an éifeacht piezoelectric dearfach ar an bhfeiniméan seo. Nuair a athraíonn treo an fhórsa, athraíonn polaraíocht an luchta freisin. Ar a mhalairt, nuair a chuirtear réimse leictreach i bhfeidhm i dtreo polaraithe an tréleictreach, déantar na tréleictreach seo a dhífhoirmiú freisin, agus imíonn dífhoirmiúchán an tréleictreach tar éis an réimse leictreach a bhaint. Tugtar éifeacht inbhéartach piezoelectric nó electrostriction ar an bhfeiniméan seo. Tugtar braiteoir criostail piezoelectric ar chineál amháin braiteoir a forbraíodh bunaithe ar an éifeacht piezoelectric tréleictreach.

 

 

Cuirfidh aon mheán sa réimse leictreach dífhoirmiúchán ar an meán mar gheall ar éifeacht polaraithe spreagtha, agus tá an dífhoirmiúchán seo difriúil ón dífhoirmiúchán de bharr an éifeacht inbhéartach piezoelectric. Féadfaidh an tréleictreach a bheith deformed leaisteach ag fórsa seachtrach, is féidir piezoelectric braiteoir cnag ceirmeacha a deformed ag an polarú an réimse leictreach seachtrach.Tá an dífhoirmiúchán mar gheall ar an polarú ionduchtach comhréireach leis an chearnóg an réimse leictreach seachtrach, a bhfuil éifeacht electrostrictive. Tá an dífhoirmiúchán a tháirgeann sé neamhspleách ar threo an réimse leictreach seachtrach. Tá an dífhoirmiúchán de bharr an éifeacht piezoelectric inbhéartach comhréireach leis an réimse leictreach seachtrach, agus nuair a dhéantar an réimse leictreach a aisiompú, athraíonn an dífhoirmiúchán freisin (mar shampla, is féidir an fadú bunaidh a ghiorrú, nó is féidir an giorrú bunaidh a athrú go fadú). Ina theannta sin, tá an éifeacht electrostrictive i láthair i ngach tréleictreach, cibé an bhfuil neamh-piezoelectric nó piezoelectric ach na héifeachtaí leictreastatach criostail tréleictreach de struchtúir éagsúla. Ní fhaightear an éifeacht inbhéartach piezoelectric ach amháin i gcriostail criadóireachta piezoelectric.

 

Criostail piezoelectric a thugtar ar chriostail piezo ceirmeach ábhair PZT a tháirgeann éifeacht piezoelectric. Is cineál amháin criostail piezoelectric criostail aonair cosúil le Grianchloch (SiO2), tartrate potaisiam sóidiam (ar a dtugtar freisin salann Loser, NaKC4H4O6.H2O), biosmat ruthenate (Bi12GeO20). Tugtar cineál eile de chriostail piezoelectric ar chriadóireacht piezoelectric, mar shampla titanate bhairiam (BaTiO3), titanate siorcónáit luaidhe Pb (ZrxTirx) O3, titanate siorcónáit maignéisiam biosmat luaidhe a rinneadh sa tSeapáin, curtha le PZT, biosmat mangainéise déanta sa tSín. Cuireadh Tíotánáit Siorcónáit Luaidhe Pb(Mn1/2Sb2/3)O3 le PIT.

 

Is inslitheoir é tréleictreach is féidir a leictreoidiú. Tá úsáid tréleictreach sách fairsing. Tá seoltacht tréleictreach eilimint ceirmeach piezoelectric an-íseal, in éineacht leis na hairíonna dea-neart tréleictreach, ar féidir iad a úsáid chun inslitheoirí leictreacha a dhéanamh. Ina theannta sin, is féidir an tréleictreach a thaisceadh go mór agus is ábhar toilleora den scoth é. Baineann staidéar ar airíonna tréleictreach le fuinneamh leictreach agus maighnéadach a stóráil agus a scaipeadh laistigh den ábhar. Tá an staidéar seo thar a bheith tábhachtach chun feiniméin éagsúla na leictreonaice, na optaic agus na fisice soladstaide a mhíniú. Tagraíonn airíonna tréleictreach d'airíonna stórála agus caillteanas fuinnimh leictreastatach faoi ghníomh réimse leictrigh, arna chur in iúl de ghnáth trí tairiseach tréleictreach agus caillteanas tréleictreach. Nuair a chuirtear teicneolaíocht ard-minicíochta i bhfeidhm ar ábhair, mar shampla flooring ilchodach adhmaid soladach, tá airíonna tréleictreach an-tábhachtach nuair a úsáidtear brú te ard-minicíochta. Nuair a chuirtear an meán i bhfeidhm le réimse leictreach, gintear muirear spreagtha chun an réimse leictreach a lagú. Is é an cóimheas idir an réimse leictrigh bhunaidh i bhfeidhm (i bhfolús) agus an réimse leictrigh sa mheán deiridh an ceadúlacht, ar a dtugtar an ráta reatha ionduchtaithe freisin.

 

I leictreamaighnéadas, nuair a chuirtear réimse leictreach de dhioscaí cnaipe piezoelectric i bhfeidhm ar thréleictreach, gintear dipole leictreach mar gheall ar dhíláithriú coibhneasta na muirear dearfacha agus diúltacha taobh istigh den tréleictreach. Tugtar polaraíocht leictreach ar an bhfeiniméan seo. Féadfaidh an réimse leictreach feidhmeach a bheith ina réimse leictreach seachtrach nó ina réimse leictreach a ghintear trí mhuirear saor in aisce atá leabaithe laistigh den tréleictreach. Tugtar 'dépholach leictreach ionduchtach' ar an dépholach leictreach a ghineann an polarú, agus tugtar a mhóimint dépholach leictreach ar mhóimint dhépholach ionduchtach leictreach. Tá cumas foirmithe leictreoid ag ceirmeach Piezo faoi ghníomhaíocht réimse leictrigh. Roinnte ina insliú leictreach, toilleoirí, piezoelectric, criadóireacht pireelectric agus ferroelectric de réir a n-úsáid agus a bhfeidhmíocht.

Polarú tréleictreach ceirmeach piezoelectric

 

Is tréleictreach tréleictreach agus anisotrópach iad criostail criadóireachta piezoelectric, agus mar sin tá airíonna tréleictreach criostail piezoelectric difriúil ó airíonna tréleictreach iseatrópacha.

Déantar an tréleictreach a pholarú faoi ghníomhaíocht réimse leictrigh, agus is é an stát polaraithe ná staid ina n-oibríonn an réimse leictreach fórsa díláithrithe coibhneasta ar phointe luchtaithe an tréleictreach agus cothromaíocht shealadach de mhealladh frithpháirteach idir na muirir. Is é an réimse leictreach an chúis sheachtrach a bhaineann le polarú. Tá cúis inmheánach polaraithe laistigh den mheán. Leis na próisis micreascópacha taobh istigh den mheán, tá trí phríomh-mheicníocht polaraithe ann.

 

(1) Adamh nó ian arb é atá ann tréleictreach. Faoi ghníomhaíocht réimse leictrigh, ní thagann núicléas atá luchtaithe deimhneach i gcomhthráth le lárionad diúltach a bhlaosc leictreoin, rud a ghineann móimint dépholach leictreach. Tugtar polarú díláithrithe leictreon ar an bpolarú seo.

(2) Déantar na hiain dhearfacha agus dhiúltacha a chomhdhéanann an tréleictreach faoi dhíláithriú coibhneasta faoi ghníomhaíocht réimse leictrigh, rud a fhágann go bhfuil nóiméad dépholach leictreach ar a dtugtar polarú díláithrithe ian.

(3) Is móilíní polacha iad na móilíní a dhéanann suas an tréleictreach le nóiméad intreach leictreach áirithe, ach mar gheall ar thairiscint theirmeach, tá an treoshuíomh neamhord, agus tá nóiméad leictreach iomlán an tréleictreach ar fad náid. Nuair a fheidhmíonn réimse leictreach seachtrach, déanfar na chuimhneacháin dépholach leictreacha seo a ailíniú feadh an réimse lasmuigh, tá criostail piezoelectric ultrafhuaime ag táirgeadh nóiméad dépholach leictreach macrascópach sa tréleictreach, ar a dtugtar polarú treoshuímh.

 

1. Polarú díláithrithe de mhóilín gan teorainn

 

Nuair a bhíonn an tréleictreach gan leictreoid i réimse leictreach seachtrach faoi ghníomh an fhórsa réimse leictrigh, déanfaidh lárionaid lucht dearfacha agus diúltacha an mhóilín díláithriú coibhneasta chun dépholach leictreach a fhoirmiú, agus tá a chuimhneacháin dépholach leictreacha coibhéiseach P dírithe ar feadh treo an réimse leictrigh. Maidir le piezoelectric tréleictreach ina iomláine, ós rud é go ndéanann gach móilín sa tréleictreach déphoill leictreacha, socraítear iad sa tréleictreach. Tá na muirir dhearfacha agus diúltacha a bhaineann le déphoill leictreacha cóngarach sa tréleictreach gar dá chéile. Má tá an tréleictreach aonfhoirmeach, fanann sé neodrach go leictreach ar fud an, ach ar dhromchla an tréleictreach atá ingearach le neart seachtrach an réimse leictrigh E0. Beidh muirir dearfacha agus diúltacha ann, faoi seach, nach féidir leis an tréleictreach a fhágáil agus nach féidir leo bogadh go saor sa tréleictreach, Tugtar polarú an tréleictreach ar an bhfeiniméan seo de mhuirir polaraithe sa tréleictreach faoi ghníomhaíocht réimse leictreach seachtrach. An réimse leictreach seachtrach níos láidre, is ea is mó an díláithriú coibhneasta idir ionaid luchta dearfacha agus diúltacha gach móilín, is mó an nóiméad dépholach leictreach den mhóilín, is mó na muirir polaraithe le feiceáil ar an dá dhromchla den tréleictreach, agus an níos mó polaraithe ard. Nuair a bhaintear an réimse leictreach seachtrach de thrasduchtóir piezoelectric minicíocht athshondas, déantar ionaid na muirear dearfacha agus diúltacha a chomhtharlú arís (P = 0), agus mar sin is féidir an cineál seo móilín a mheas mar dhépholach leictreach leaisteach a bhfuil a fhórsa leaisteacha ceangailte ag dhá mhuirear leictreacha comhionann. Tá méid an mhóimint dépholach leictreach P comhréireach le neart an réimse. Ós rud é go luíonn polarú an mhóilín gan teorainn le díláithriú coibhneasta lár na muirear dearfacha agus diúltacha, is minic a dtugtar beagán air.

 

Polarú dírithe ar mhóilíní polacha

 

Maidir leis an tréleictreach mhóilíneach polar, tá lár na luchtanna dearfacha agus diúltacha sa mhóilín comhionann le dépholach leictreach. Faoi ghníomh an réimse leictreach seachtrach, beidh sé faoi réir nóiméad, ionas go mbeidh an nóiméad dipole leictreach P den mhóilín iompú chun treo an réimse leictrigh. Mar gheall ar chur isteach ar ghluaisne mhóilíneach theirmeach, tá an stiúradh seo beag bídeach, agus tá sé dodhéanta chuimhneacháin dépholach leictreacha na móilíní go léir a ailíniú feadh treo an réimse leictrigh. An réimse leictreach seachtrach níos láidre de leictreoid piezoelectric ceirmeach piezoelectric, is é an níos slachtmhar an t-ord stiúrtha ar an nóiméad dipole leictreach den mhóilín. Ag an leibhéal macrascópach, is cosúil go bhfuil na muirir níos polaraithe ar an dá dhromchla ingearach leis an réimse tréleictreach agus seachtrach leictrigh, an leibhéal níos airde polaraithe. Nuair a bhaintear an réimse leictreach seachtrach, déantar socrú neamhrialta ar threoir nóiméad dipole leictreach an mhóilín mar gheall ar thairiscint theirmeach na móilíní, agus tá an tréleictreach fós neodrach. Tá polarú na móilíní polacha sa treo ina n-iompaíonn an dépholach leictreach coibhéiseach go dtí an réimse leictreach seachtrach, mar sin tugtar polarú treoshuíomh air. Go ginearálta, cé go bhfuil na móilíní polaraithe ag an am céanna, tá polarú díláithrithe ann freisin. Cé go bhfuil na próisis micreascópacha de polarú de dhá chineál tréleictreach, Polar difriúil, ach tá na héifeachtaí macrascópacha mar an gcéanna. Tá muirir polaraithe de uimhreacha difriúla braiteoirí pláta piezoelectric le feiceáil ar an dá dhromchla os coinne an tréleictreach, agus méadaíonn an réimse leictreach seachtrach. is cosúil na muirir níos polaraithe. Dá bhrí sin, nuair a dhéantar cur síos ar an bhfeiniméan polaraithe an tréleictreach thíos, ní gá é a roinnt ina dhá chineál tréleictreach le haghaidh plé.

3. Ferroelectricity na criostail ceirmeacha piezoelectric

 

Tá polarú roinnt tréleictreach an-speisialta. I raon teochta áirithe, níl a gcuid tairisigh tréleictreach seasmhach, ach athraíonn siad de réir neart an réimse, agus tar éis an réimse leictreach seachtrach a bhaint, níl na tréleictreach seo neodrach. Tá polarú iarmharach ann. D'fhonn a bheith ar aon dul leis an bhfíric gur féidir le hábhair ferromagnetic fanacht maighnéadaithe, is minic a dtugtar an mhaoin seo de trasducer ceirmeach piezo mar ferroelectricity. Feirleictreach a thugtar ar thréleictreach fearaileictreach. Ina measc, tá criadóireacht titanate bhairiam (BaTiO3), criostail aonair tartrate potaisiam sóidiam (NaKC4H4O6⋅H2O) agus a leithéidí is suntasaí. Taispeánfaidh Ferroelectrics hysteresis le linn an phróisis leictreoidí. Léiríonn an lúb hysteresis go bhfuil an polarú idir an comhlacht ferroelectric agus an réimse leictreach feidhmeach neamhlíneach, agus déantar an polarú a aisiompú de réir mar a dhéantar an réimse leictreach seachtrach a aisiompú. Tá an t-inbhéartú polaraithe mar thoradh ar inbhéartú fearainn, agus mar sin léiríonn an lúb hysteresis láithreacht fearainn sa ferroelectric. Is réigiúin bheaga iad na fearainn mar a thugtar orthu ina bhfuil na treoracha polaraithe spontáineacha sna ferroelectrics aonfhoirmeach, agus na fearainn. Balla an fhearainn a thugtar ar an teorainn eatarthu. Is gnách go mbíonn criostail ferroelectric de tháirgí ceirmeacha piezoelectric il-fearainn, tá an treo céanna ag an bpolarú spontáineach i ngach réimse, agus tá an polarú spontáineach sna fearainn éagsúla láidir.

 

Maidir le ferroelectrics polycrystalline, níl aon rialtacht idir na treoshuímh choibhneasta a bhaineann le polarú spontáineach sna fearainn éagsúla don pholacriostalach ar fad mar gheall ar treallacht iomlán treoshuíomh na n-aiseanna criostail idir na gráinní.

Go ginearálta ní fhoirmíonn ferroelectrics fearainn aonair go spontáineach, ach is féidir criostail ilfhearann ​​a mhonadomainiú faoi réimse leictreach seachtrach láidir. Faoi ghníomhaíocht réimse leictreach seachtrach láidir, leathnóidh méid fearainn an polaraithe spontáineach sa chriostail ilfhearann ​​atá comhthreomhar nó gar don treo réimse seachtrach go tapa mar gheall ar fhoirmiú núicléis fearainn nua agus gluaiseacht ballaí an fhearainn, agus laghdóidh an toirt fearainn i dtreonna eile go tapa. Imíonn beag, atá ag casadh an chriostail ar fad isteach i bhfearann ​​amháin. Faoi ghníomh an réimse leictrigh sheachtraigh, tugtar an próiseas aisiompaithe fearainn ar phróiseas dinimiciúil núicléas fearainn nua agus tairiscint bhalla fearainn. Tá roinnt tréithe hysteresis ag an aisiompú seo, agus mar sin taispeánann an ferroelectric an lúb hysteresis thuasluaite.

 

Ag glacadh leis go bhfuil criostail piezo amháin ag glacadh leis nach bhfuil ach dhá fhéidearthacht ag treoshuíomh polarú spontáineach. tá sé dearfach agus diúltach ar feadh ais criostail áirithe; tá treo an réimse leictreach seachtrach comhthreomhar leis an ais polaraithe. Nuair a bhíonn an réimse leictreach seachtrach náid, tá polarú na bhfearann ​​​​cóngarach sa chriostail os coinne, agus tá nóiméad leictreach iomlán na criostail nialasach. Nuair a mhéadaítear an réimse leictreach seachtrach de réir a chéile, laghdóidh méid fearainn an treo polaraithe spontáineach os coinne treo an réimse leictrigh de réir a chéile mar gheall ar inbhéartú an fhearainn, agus tá an treo céanna ag na fearainn sin agus beidh an réimse leictreach ag leathnú de réir a chéile, ionas go mbeidh an criostail i dtreo an réimse seachtrach. Méadaíonn an déine le méadú ar an réimse leictrigh. Nuair a mhéadaíonn réimse leictreach eilimint diosca piezoelectric go leor chun na fearainn droim ar ais go léir sa chriostail a aisiompú go dtí an réimse seachtrach, déantar an criostail ina fhearann ​​​​amháin, sroicheann polarú an chriostail sáithiú, agus ansin méadóidh an réimse leictreach. Méadóidh an polarú go líneach leis an réimse leictrigh (mar an gcéanna le polarú tréleictreach tipiciúil) agus sroichfidh sé uasluach Pmax, atá mar fheidhm den réimse leictreach polaraithe is airde. Nuair a dhéantar an chuid líneach a eachtarshuíomh go dtí náid réimse leictrigh, tugtar an polarú sáithithe ar an idircheap Ps mar thoradh air ar an ais ingearach, agus is é sin polarú spontáineach gach fearainn. Nuair a laghdaítear an réimse leictreach de chomhpháirt ceirmeach piezoelectric go nialas, laghdaítear an polarú go dtí luach áirithe Pr, ar a dtugtar polarú iarmharach an ferroelectric. Nuair a athraíonn an réimse leictreach treo agus méadaíonn sé go Ec sa treo diúltach, laghdaítear an polarú go nialas, leanann an réimse leictreach droim ar ais ag méadú, agus déantar an polarú a aisiompú. Tugtar Ec ar neart réimse comhéigeantach an fhearraleictreach. De réir mar a leanann an réimse leictreach droim ar ais ag méadú, leanann an polarú ag méadú ar an treo grádán diúltach agus sroicheann sé luach saturation (-Pr) sa treo diúltach, agus déantar an trasducer piezoelectric ultrasonaic ina chriostail aonair fearainn a bhfuil polarú diúltach aige. Má athraíonn an réimse leictrigh go leanúnach ó luach diúltach ard go luach dearfach ard, tosaíonn an fearann ​​dearfach ag foirmiú agus ag fás arís go dtí go dtiocfaidh an criostail iomlán ina chriostail aonair fearainn le polarú ar aghaidh arís. Le linn an phróisis seo, cuirtear an polarú ar ais go pointe C feadh na coda FGH den líne fillte. Mar sin, faoi ghníomhaíocht réimse leictreach malartach mór, athraíonn an réimse leictreach faoi sheachtain amháin, agus déantar an próiseas thuas arís agus arís eile, ag taispeáint an lúb hysteresis a thaispeántar. Is é an limistéar atá faoi iamh ag an líne tuairisceáin an fuinneamh a theastaíonn chun an polarú a inbhéartú faoi dhó.