Staidéar ar Thréithe Polarization na Criadóireacht piezoelectric

Mar ábhar nua atá tagtha chun cinn le blianta beaga anuas, úsáidtear criadóireacht piezoelectric go forleathan i monarú táirgí leictreonacha agus taighde saotharlainne. Tá dlúthbhaint ag éagsúlacht tairiseach tréleictreach na criadóireachta piezoelectric lena saintréithe struchtúracha agus a modh polaraithe. Dá bhrí sin, ag déanamh staidéir ar shaintréithe a mhodh polaraithe tá tagairt ard le haghaidh tuiscint níos doimhne agus taighde ar na hábhair nua cosúil le criadóireacht piezoelectric. Rinneadh anailís ar mhodh polaraithe na criadóireachta piezoelectric trí thurgnaimh, agus rinneadh modh polarúcháin na criadóireachta piezoelectric a thuar faoi choinníoll an réimse leictreach malartach seachtrach. Rinneadh an speictream tréleictreach a thomhas ag speictriméadar leictreach, agus fíoraíodh an tuar roimhe seo ag an speictream tréleictreach tomhais agus rinneadh anailís air.

Paraiméadair polaraithe agus tréleictreach de criostail criadóireachta piezoelectric den chuid is mó criostail tréleictreach, ar a dtugtar freisin mar tréleictreach. Faoi ghníomhaíocht réimse leictreach seachtrach, imoibríonn na tréleictreach leis an réimse leictreach seachtrach ar an modh ionduchtach. Tá méid áirithe muirear le feiceáil sa chorp nó ar an dromchla. Tugtar polarú ar an bhfeiniméan seo. Léirítear leictreoidiú le veicteoir polaraithe macrascópach P, atá comhionann le suim veicteoireach na móimintí dépholach leictreacha in aghaidh an aonaid toirte. Má tá an líon comhionann muirir a fhágann achar faoi ghníomhaíocht réimse leictrigh, rud a léiríonn nóiméad dépholach leictreach an chórais luchta, agus tá an treo l dírithe ag an lucht diúltach ar an lucht dearfach. Is é croílár polarú an tréleictreach sa réimse leictreach seachtrach ná go bhfuil an muirear comhdhéanta den tréleictreach a bhfuil dí-áitiú macrascópach aige faoi ghníomhaíocht an réimse leictreach seachtrach. Déanfar an muirear dearfach a dhíláithriú feadh na líne cumhachta, agus athróidh an muirear diúltach an líne cumhachta droim ar ais, is cúis leis an tréleictreach nóiméad dipole macra-leictreacha a ghiniúint. Laistigh de raon áirithe, tá an polarú P comhréireach leis an réimse leictreach seachtrach EP = ε0xE, agus tugtar x ar an ráta polaraithe. Ón anailís meicníocht micreascópach, tá trí bhealach ann chun polarú tréleictreach a ghiniúint, is é sin polarú díláithrithe leictreon le haghaidh polarú díláithrithe agus polarú treoshuímh na móilíní polar. Beag beann ar an bpolarú atá ag tarlú i ndáiríre, is féidir an toradh a chur i leith an fhoirmiú dépholach leictreach sa mheán, ar féidir é a shaintréithe ag an nóiméad dépholach leictreach μ an mhóilín nó an adaimh. Cinntear méid μ ní hamháin ag an réimse leictreach macrascópach E, ach freisin ag an réimse leictreach a ghineann na móilíní in aice láimhe. An réimse éifeachtach Ei a thugtar ar shuim an dá cheann. San fhoirmle μ = αEi, tugtar polarizability móilín nó adaimh ar α, agus is cainníocht fhisiceach micreascópach é a chuireann síos ar shaintréithe polaraithe móilín.

1.1 Polarú díláithrithe leictreonaic

Faoi ghníomhaíocht réimse leictreach seachtrach, déanfar an scamall leictreon sna hadaimh agus sna hiain a chomhdhéanann an tréleictreach a shaobhadh, rud a fhágann go n-aistríonn an scamall leictreon i gcoibhneas leis an núicléas, rud a ghinfidh nóiméad dépholach leictreach. Tugtar polarú díláithrithe na leictreon ar an bpolarú seo. Is cineál polaraithe é polarú díláithriúcháin leictreon atá ag gach tréleictreach. Léiríonn polarú díláithrithe leictreoin, mar gheall ar thionchar an réimse leictreach seachtrach, go mbeidh dóchúlacht áirithe ag an leictreon fuinneamh a ionsú agus aistriú idir na leibhéil fuinnimh comhfhreagracha. Ós rud é go bhfuil na leictreoin sheachtracha faoi cheangal lag ag adaimh, díorthaítear díláithriú leictreon na n-adamh go príomha ó leictreoin valence. Léirítear polarizacht díláithrithe an leictreoin ag αe, agus glactar leis gur sféar é an móilín atá á bhreithniú, a ríomhtar trí phointe-lucht samhail sféar piezo ceirmeach agus samhail fithis ciorclach.

Polarú díláithrithe ian

Polarú treoshuímh na huaire dépholach intreach leictreach

Má tá an móilín arb é an tréleictreach atá ina mhóilín polar, nach bhfuil a lárionad lucht deimhneach ag teacht le lár an lucht diúltach, tá móimint dhépholach leictreach dúchasach aige. In éagmais réimse leictreach seachtrach, ós rud é an nóiméad dépholach leictreach na móilíní tréleictreach tairiscint teirmeach de tá neamhord spásúil ag baint le comhpháirt ceirmeach piezoelectric , tá an dóchúlacht go gcuirfear in iúl i ngach treo mar an gcéanna, agus cuireann na chuimhneacháin dépholach leictreacha móilíneacha ar ceal a chéile. Dá bhrí sin, níl aon nóiméad dépholach leictreach ag an tréleictreach ina iomláine. Nuair a chuirtear réimse leictreach seachtrach i bhfeidhm, bíonn tionchar ag fórsa an réimse leictrigh ar fhórsaí dearfacha agus diúltacha an dipole leictreacha mhóilíneach, agus tá claonadh ann díriú ar threo an réimse leictreach seachtrach, nó ní mór iad a choinneáil i stát cobhsaí, ionas go laghdaítear fuinneamh an chórais, agus is gá treo an réimse leictreach seachtrach a dhíriú. Nó preas timpeall ar réimse leictreach seachtrach. De réir teoirice staidrimh, tá líon na gcáithníní ag fuinneamh E i gcomhréir le e=-EkT. De réir seo, is féidir polarizabilityαd polarú treoshuímh an mhóilín tréleictreach a ríomh. Dd=μ2 . San fhoirmle 3kT, is é μ an mhóimint dhépholach intreach leictreach, is é k an tairiseach Boltzmann, agus is é T an teocht.

Is féidir polarizability iomlán α an mhóilín a mheas mar shuim na polarizability meicníochtaí éagsúla α = αe + αa + αd. Más é N líon na móilíní in aghaidh an aonaid toirte, is féidir an veicteoir polaraithe macrascópach P a chomhghaolú leis an polaraíocht mhóilíneach micreascópach α. P=NαEiP=ε0(εr-1)E=NαEi, mar sin tá an réimse leictrigh éifeachtach Ei a bhraitheann gach polarú móilíneach sa mheán tairiseach tréleictreach difriúil ó mheánréimse leictreach macrascópach E. I gcás móilín, ní hamháin go bhfuil tionchar ag E air, ach freisin ag an réimse leictrigh a ghineann polaraíochtaí eile. Samhlaítear gur sféar é an tsamhail mhóilíneach a scrúdaítear, agus go bhfuil ga an sféir i bhfad níos mó ná spásáil na n-adamh. Tionchar polaraithe mhóilíneach taobh amuigh, an is féidir trasduchtóir piezoelectric ultrasonaic a chóireáil mar mheán polaraithe leanúnach ar bhealach macrascópach. Léirítear na freagraí céime ar athrú an réimse seachtrach le linn polarú an mheáin ag an am scíthe τ. Is é brí fhisiceach τ ná réimse leictreach tairiseach a chur leis an tréleictreach, an réimse leictrigh a bhaint tar éis an polarú a chobhsú, agus an t-am a rith τ, an polarú P . Laghdaítear suim na veicteoirí nóiméad dépholach sa toirt go 1/e den pm bunaidh, ie P=Pmetτ. Ós rud é go bhfuil scíthe sa phróiseas polaraithe, níl athruithe D (veicteora díláithrithe), P agus E i gcéim. Beidh D, P chun deiridh ar chéim E. Tá uimhir choimpléascach ag léiriú an réimse leictreach sinusóideach ailtéarnach. D'fhonn speictream tréleictreach na ceirmeach piezoelectric a thomhas, sa turgnamh seo, cuirtear dordánaí déanta as ceirmeach piezoelectric idir dhá bhileog leictreoid ciorclach, agus cuirtear an minicíocht uilleach leis an mbileog leictreoid agus voltas sinusoidal ω.