पीजोइलेक्ट्रिक ध्रुवीकरण और हिस्टैरिसीस लूप

पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक का ध्रुवीकरण

 

इससे पहले पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक सामग्री ध्रुवीकृत नहीं होती है, मुक्त इलेक्ट्रॉन अव्यवस्थित रूप से व्यवस्थित होते हैं; ध्रुवीकरण उपचार के बाद, अनिसोट्रोपिक पॉलीक्रिस्टल बनने के लिए ध्रुवीकरण दिशा के साथ अवशेष ध्रुवीकरण उत्पन्न होता है, मुक्त इलेक्ट्रॉन सुसंगत होते हैं, और पीजोइलेक्ट्रिसिटी काफी बढ़ जाती है। जैसा कि चित्र 1 और चित्र 2 में दिखाया गया है, पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक सामग्री को आकार और ध्रुवीकरण दिशाओं में बनाया जा सकता है। ध्रुवीकरण से पहले और बाद में पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक सामग्री में अलग-अलग ढांकता हुआ स्थिरांक ε और पीजोइलेक्ट्रिक स्थिरांक d होता है।

ध्रुवीकरण से पहले ढांकता हुआ स्थिरांक सेट करें: ε 11 = ε 22 = ε 33। यदि s दिशा 3 के साथ ध्रुवीकरण किया जाता है, तो अन्य दो इलेक्ट्रोड चेहरे ध्रुवीकरण दिशा के लंबवत हैं। ध्रुवीकरण के बाद ढांकता हुआ स्थिरांक: ε 11 = ε 22 ≠ ε 33, और का मान ε 33 की तुलना में बहुत बड़ा है ε 11.

पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक का पीजोइलेक्ट्रिक स्थिरांक भी अनिसोट्रोपिक है, और विभिन्न दिशाओं में पीजोइलेक्ट्रिक स्थिरांक d का मान भी भिन्न होता है। उनमें से, दिशा 3 के अनुदिश मान बड़ा है, अर्थात d 33 >>d 31 और d 32। यदि गैल्वेनोमीटर से मापा जाए, तो केवल d33 में करंट होता है, और अन्य दो दिशाओं में कोई करंट उत्पन्न नहीं होता है। पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक का ध्रुवीकरण मैग्नेट के चुंबकीयकरण के समान है, और चुंबकीय क्षेत्र की ताकत चुंबकत्व से पहले और बाद में काफी बदल जाएगी।

 

पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक का हिस्टैरिसीस सर्किट

पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक क्षेत्र पॉलीक्रिस्टलाइन है, और जब इसका तापमान क्यूरी तापमान Tc से अधिक होता है, तो यह एक घन जाली है; जब इसका तापमान क्यूरी तापमान Tc से नीचे होता है, तो यह एक चतुष्कोणीय जाली होती है और इसमें पीजोइलेक्ट्रिसिटी होती है। यह घटना कि पीज़ोइलेक्ट्रिक सामग्री तापमान Tc पर सामग्री की आंतरिक संरचना को बदल सकती है, को ठोस-अवस्था चरण संक्रमण कहा जाता है, और Tc को चरण संक्रमण तापमान कहा जाता है, जिसे क्यूरी तापमान भी कहा जाता है। विभिन्न पीज़ोइलेक्ट्रिक सामग्रियों में अलग-अलग क्यूरी तापमान होते हैं।

 

उदाहरण के लिए, BaTiO3 का क्यूरी तापमान Tc 120 ° C है, और PbTiO3 का 490 ° C है। जब तापमान Tc तक बढ़ जाता है, तो क्यूबिक यूनिट सेल की तीन तरफ की लंबाई बराबर होती है, यानी: a = b = c, इस समय चार्ज सेंटर क्यूब के केंद्र में स्थित होता है, और पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक में कोई पीजोइलेक्ट्रिकिटी नहीं होती है। जब तापमान Tc से कम होता है, तो चतुष्कोणीय इकाई सेल की तीन भुजाओं की लंबाई समान नहीं होती, अर्थात्: a = b

फेरोइलेक्ट्रिसिटी तब प्रकट होती है जब पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक का ध्रुवीकरण किया जाता है। दूसरे ध्रुवीकरण के बाद, एक लूप वक्र बनेगा, जैसा चित्र 3 [1] में दिखाया गया है।

चित्र में, Ps स्वतःस्फूर्त ध्रुवीकरण है; पीआर शेष ध्रुवीकरण है; Ec बलपूर्वक क्षेत्र की  ताकत है।

ध्रुवीकरण के बाद हिस्टैरिसीस लूप वक्र से यह देखा जा सकता है कि यह हिस्टैरिसीस लूप वक्र के समान है, इसलिए पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक को फेरोइलेक्ट्रिक्स भी कहा जाता है। एक ध्रुवीकरण के बाद, एक अवशेष ध्रुवीकरण पीआर होता है, जो बाद में हर बार इस वक्र के साथ बदलता है। विभिन्न पीज़ोइलेक्ट्रिक सामग्रियों में अलग-अलग हिस्टैरिसीस लूप होते हैं।

 

एक वैकल्पिक विद्युत क्षेत्र को पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक बॉडी पर लागू किया जाता है, और हिस्टैरिसीस वक्र को एक ऑसिलोस्कोप के माध्यम से सीधे देखा जा सकता है। जब विद्युत क्षेत्र एक निश्चित तीव्रता तक बढ़ जाता है, तो ध्रुवीकरण की तीव्रता संतृप्ति तक पहुंच जाती है। उनमें से, बीसी अनुभाग एक रैखिक वृद्धि है, पीएस सहज ध्रुवीकरण तीव्रता है, जब विद्युत क्षेत्र शून्य है, ध्रुवीकरण तीव्रता शून्य के बराबर नहीं है, और पी आर अवशेष ध्रुवीकरण तीव्रता है। जब विद्युत क्षेत्र को Ec तक विपरीत रूप से बढ़ाया जाता है, तो ध्रुवीकरण शून्य होता है। चूँकि Ec बिंदु पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक की ध्रुवीकरण तीव्रता को शून्य कर सकता है, इसलिए Ec को बलपूर्वक क्षेत्र की ताकत कहा जाता है। जब विद्युत क्षेत्र विपरीत दिशा में बढ़ता है तो ध्रुवीकरण की तीव्रता भी विपरीत दिशा में बढ़ती है। जब रिवर्स ध्रुवीकरण की तीव्रता संतृप्ति तक पहुंचती है, और फिर रिवर्स विद्युत क्षेत्र को कम करती है, तो ध्रुवीकरण की तीव्रता वक्र एचएफसी रेखा के साथ बदल जाएगी।

 

ध्रुवीकरण की प्रक्रिया एक बहुत ही जटिल प्रक्रिया है। ध्रुवीकरण के दौरान न केवल एक उच्च विद्युत क्षेत्र की आवश्यकता होती है, बल्कि अलग-अलग मोटाई के लिए अलग-अलग समय की आवश्यकता होती है, और अपेक्षाकृत उच्च तापमान पर सबसे अच्छा ध्रुवीकरण प्रभाव प्राप्त किया जाना चाहिए। ध्रुवीकृत पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक सामग्री एक निश्चित उच्च तापमान पर ध्रुवीकरण प्रभाव खो देगी, और विभिन्न पीजोइलेक्ट्रिक सामग्रियों में अलग-अलग विफलता तापमान होते हैं, जिस पर पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक सामग्री का चयन करते समय ध्यान दिया जाना चाहिए। पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक का ध्रुवीकरण प्रदर्शन, ध्रुवीकरण से पहले और बाद में पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक सामग्री के बीच प्रदर्शन अंतर बहुत बड़ा है।