पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक सामग्री की संरचना

विभिन्न एप्लिकेशन श्रेणियों के लिए अलग-अलग प्रदर्शन आवश्यकताएँ होती हैं पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक सामग्री । 1 पेरोव्स्काइट पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक सामग्री, रासायनिक सूत्र ABO3 है, A एक बड़े त्रिज्या वाला एक सकारात्मक आयन है, जो +1, +2, +3 हो सकता है; B छोटी त्रिज्या वाला एक धनात्मक आयन है, जो +3, +4, +5, +6 हो सकता है। तीन आयनों A, B और O की आयनिक त्रिज्या ABO3 संरचना बनाने के लिए निम्नलिखित संबंध को संतुष्ट कर सकती है: RA+RO=t√2 (RB+RO, t एक सहनशीलता कारक है, आम तौर पर 0.86 और 1.03 के बीच कैल्शियम बना सकता है। टाइटेनियम अयस्क संरचना विशिष्ट सूत्रीकरण: (1) 0.99 [PbTiO3 + 0.04 La2 / 3TiO3] + 0.01 MnO2, कैल्सीनेशन तापमान 850 डिग्री सेल्सियस है, 2 घंटे के लिए गर्मी संरक्षण, फायरिंग तापमान 1240 डिग्री सेल्सियस है, 1 घंटे के लिए गर्मी संरक्षण है ε = 240, केपी=0.096, क्यूएम=1050, एनटी=2120 (2) उच्च आवृत्ति (30एम-100एमसी) फिल्टर पोर्सिलेन। PbTiO3+1wt%MnO2+1wt%Pb3O4ε=150, Kp=0.40, Qm=800~1000, तापमान और समय अच्छी स्थिरता।

(1) Zr:Ti के परिवर्तन के साथ, क्यूरी बिंदु 235 डिग्री सेल्सियस से 490 डिग्री सेल्सियस तक लगभग रैखिक रूप से बदलता है, और टीसी लाइन एक क्यूबिक पैराइलेक्ट्रिक चरण है जिसमें कोई पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव नहीं होता है।

(2) Zr: Ti=53:47 के पास एक अर्ध-सजातीय चरण सीमा है, टाइटेनियम-समृद्ध पक्ष टेट्रागोनल फेरोइलेक्ट्रिक चरण FT है; ज़िरकोनियम-समृद्ध पक्ष उच्च तापमान त्रिकोणीय फेरोइलेक्ट्रिक चरण एफआर है, का तापमान पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक ट्रांसड्यूसर बढ़ते हैं, और यह चरण सीमा ज़िरकोनियम-समृद्ध है। पक्ष झुका हुआ है और 360 डिग्री सेल्सियस पर टीसी लाइन को काटता है (यह दर्शाता है कि क्यूरी तापमान टीसी चरण सीमा के पास उच्च है), और यूनिट सेल पैरामीटर चरण सीमा के पास अचानक बदल जाते हैं। टेट्रागोनल फेरोइलेक्ट्रिक चरण एफटी और ट्राइगोनल फेरोइलेक्ट्रिक चरण एफआर के बीच चरण सीमा के पास एक मजबूत पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव होता है। Kp, ε का मान अधिकतम है और Qm का मान बहुत छोटा है। चरण सीमा के पास PZT चीनी मिट्टी के पीज़ोइलेक्ट्रिक गुण BaTiO3 चीनी मिट्टी की तुलना में बहुत अधिक हैं। चूँकि सीमा पर PZT चीनी मिट्टी के बरतन का Tc उच्च (360 ° C) है, KP और ε दोनों 200 ° C के भीतर स्थिर हैं, जो एक आदर्श पीज़ोइलेक्ट्रिक सामग्री है। पीजेडटी पोर्सिलेन का डोपिंग संशोधन इलेक्ट्रॉनिक पीजो सिरेमिक ट्रांसड्यूसर । विभिन्न उद्देश्यों को पूरा करने के लिए, हमें विभिन्न गुणों वाले PZT पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक की आवश्यकता होती है। इस कारण से, हम A साइट पर Pb2+ आयन या B साइट पर Zr4+, Ti4+ आयन को बदलने के लिए अलग-अलग आयन जोड़ सकते हैं। जिससे सामग्री के प्रदर्शन में सुधार होगा।

अन्य प्रतिस्थापन संशोधित कठोर प्रतिस्थापन संशोधित नरम प्रतिस्थापन संशोधित हेटरोवैलेंट प्रतिस्थापन समतुल्य प्रतिस्थापन डोप्ड संशोधित PZT (1) समतुल्य प्रतिस्थापन समतुल्य प्रतिस्थापन का अर्थ है कि Ca2+, Sr2+, Mg2+ की त्रिज्या Pb2+ आयन की तुलना में छोटी है Pb2+ आयनों के आयन प्रतिस्थापन के परिणामस्वरूप PZT के ढांकता हुआ स्थिरांक ε में वृद्धि होती है पीजो सिरेमिक डिस्क , इलेक्ट्रोमैकेनिकल युग्मन गुणांक केपी में वृद्धि, और पीजोइलेक्ट्रिक स्थिरांक डी में वृद्धि, जिससे पीजेडटी सिरेमिक के पीजोइलेक्ट्रिक गुणों में सुधार होता है। शब्द 'नरम प्रतिस्थापन संशोधन' का अर्थ है कि इन योजकों को जोड़ने से बलपूर्वक क्षेत्र की ताकत ईसी को ↓ तक कम किया जा सकता है, और ध्रुवीकरण आसान है, ताकि विद्युत क्षेत्र या तनाव की कार्रवाई के तहत भौतिक गुण 'नरम' हो जाएं।

(ए) La3+, Bi3+, Sb3+, आदि A-साइट Pb+2 आयन (दाता डोपिंग) को प्रतिस्थापित करते हैं; Nb5+, Ta5+, Sb5+, W6+, आदि। B-स्थिति Zr4+, Ti4+ आयनों (दाता डोपिंग) को प्रतिस्थापित करना। नरम प्रतिस्थापन द्वारा संशोधित PZT चीनी मिट्टी के बरतन के गुणों में निम्नलिखित परिवर्तन होते हैं: बलपूर्वक क्षेत्र की ताकत EC कम हो जाती है ↓, यांत्रिक गुणवत्ता कारक Qm कम हो जाता है ↓; ढांकता हुआ स्थिरांक ε बढ़ता है ↑, ढांकता हुआ हानि टैन δ बढ़ता है ↑, इलेक्ट्रोमैकेनिकल युग्मन गुणांक केपी जब ↑ बढ़ता है, तो उम्र बढ़ने का प्रतिरोध बढ़ जाता है और इन्सुलेशन प्रतिरोधकता ρ बढ़ जाती है ↑। इसका कारण यह है कि इनके जुड़ने से Pb2+ की कमी हो जाती है। उदाहरण के लिए, यदि बिजली की कीमत का संतुलन बनाए रखने के लिए हर दो La3+s 3 Pb2+ को प्रतिस्थापित करते हैं, तो पेरोव्स्काइट संरचना में A स्थिति पर धनायनों की संख्या कम हो जाती है, और A रिक्ति उत्पन्न होती है। Pb2+ की अनुपस्थिति के कारण, डोमेन गति आसान हो जाती है, और यहां तक ​​कि छोटी विद्युत क्षेत्र ताकत या यांत्रिक तनाव भी डोमेन दीवारों को स्थानांतरित करने का कारण बन सकता है। 

परिणामस्वरूप, ढांकता हुआ स्थिरांक और लोचदार अनुपालन गुणांक में वृद्धि पीजेडटी पीज़ोसेरेमिक सिरेमिक ट्रांसड्यूसर होता है, और साथ ही, ढांकता हुआ नुकसान और यांत्रिक नुकसान बढ़ता है, और क्यूएम घटता है। इसके अलावा, चूंकि डोमेन का संचालन आसान है, इसलिए विद्युत क्षेत्र की दिशा में उन्मुख डोमेन की संख्या बढ़ जाती है, जिससे ध्रुवीकरण बढ़ जाता है, जिससे पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव काफी बढ़ जाता है, जिसे केपी मान में वृद्धि द्वारा दर्शाया जाता है। चूंकि डोमेन का स्टीयरिंग प्रतिरोध छोटा हो जाता है, प्रतिरोध पर काबू पाने के लिए ध्रुवीकरण को उलटने के लिए जबरदस्त क्षेत्र छोटा होता है, और रिटर्न लाइन लगभग आयताकार होती है। इसके अलावा, Pb2+ की अनुपस्थिति के कारण, 90-डोमेन स्टीयरिंग के कारण होने वाले आंतरिक तनाव को बफर कर दिया जाता है, जिससे कि अवशिष्ट तनाव छोटा हो जाता है। दूसरे शब्दों में, चूंकि डोमेन की दीवारें आसानी से स्थानांतरित हो जाती हैं, डोमेन का आंतरिक तनाव आसानी से दूर हो जाता है, इसलिए उम्र बढ़ने का प्रदर्शन अच्छा होता है। 'सॉफ्ट' एडिटिव्स आमतौर पर संशोधित एडिटिव्स का उपयोग किया जाता है।

(बी) उदाहरण के लिए, Kp मान और ढांकता हुआ स्थिरांक को बढ़ाने के लिए स्वीकार्य प्रकार के पानी के नीचे ध्वनिक ट्रांसड्यूसर सामग्री को अक्सर La2O3 और Nb2O5 के साथ डोप किया जाता है। Pb0.95Sr0.05(Zr0.52Ti0.48)O3+0.9%La2O3+0.9%Nb2O5, Kp=0.60, ε=2100, Qm=80, अच्छी स्थिरता, वॉल्यूम प्रतिरोधकता 1012 ओम 'सॉफ्ट' एडिटिव मात्रा आम तौर पर 5% से अधिक नहीं होती है। बी हार्ड प्रतिस्थापन संशोधन, तथाकथित 'हार्ड प्रतिस्थापन संशोधन' का अर्थ है कि इन एडिटिव्स को जोड़ने से जबरदस्त क्षेत्र की ताकत ईसी बढ़ सकती है, और ध्रुवीकरण मुश्किल हो जाता है, इसलिए विद्युत क्षेत्र या तनाव की कार्रवाई के तहत भौतिक गुण 'कठोर' हो जाते हैं।

(ए) K+, Na+, आदि A-साइट Pb2+ आयनों (स्वीकर्ता डोपिंग) को प्रतिस्थापित करते हुए;

(बी) Zr4+ और Ti4+ आयन (स्वीकर्ता डोप्ड) को B के लिए Fe2+, Co2+, Mn2+ (या Fe3+, Co3+, Mn3+), Ni2+, Mg2+, Al3+, Cr3+ और इसी तरह प्रतिस्थापित किया जाता है।

कठोर प्रतिस्थापन द्वारा संशोधित पीजेडटी पोर्सिलेन के गुणों में निम्नलिखित परिवर्तन होते हैं: जबरदस्ती क्षेत्र की ताकत ईसी बढ़ जाती है ↑, यांत्रिक गुणवत्ता कारक क्यूएम बढ़ जाता है ↑; ढांकता हुआ स्थिरांक ε घट जाता है, ढांकता हुआ नुकसान टैन δ घट जाता है ↓, इलेक्ट्रोमैकेनिकल युग्मन गुणांक केपी कम हो जाता है छोटा ↓, उम्र बढ़ने का प्रतिरोध कम हो जाता है, और इन्सुलेशन प्रतिरोधकता ρ कम हो जाती है।

टर्नरी पेरोव्स्काइट पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक

Zr/Ti अनुपात को बदलकर और थोड़ी मात्रा में एडिटिव्स को शामिल करके, हालांकि कुछ गुणों में सुधार किया जा सकता है, पीज़ोइलेक्ट्रिक सामग्रियों की व्यापक और विस्तृत श्रृंखला के कारण, सामग्रियों की आवश्यकताएं अधिक से अधिक हो रही हैं, और केवल बाइनरी सिस्टम उपयोग के लिए आवश्यकताओं को पूरा नहीं कर सकते हैं। तो एक टर्नरी प्रणाली है। तथाकथित टर्नरी पेरोव्स्काइट पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक सामग्री एक मिश्रित पेरोव्स्काइट यौगिक और लेड जिरकोनेट टाइटेनेट से बने एक ठोस समाधान को संदर्भित करती है।