पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक भौतिक तंत्र की प्रक्रिया

पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव वाली एक पॉलीक्रिस्टलाइन फिल्म है, और इसकी उत्पादन प्रक्रिया का नाम इसकी समान उत्पादन प्रक्रिया (कच्चे माल का चूर्णीकरण, मोल्डिंग, उच्च तापमान सिंटरिंग) के नाम पर रखा गया है। कुछ अनिसोट्रोपिक पीजो क्रिस्टल यांत्रिक बल के तहत विरूपण से गुजरते हैं, जिससे आवेशित कण अपेक्षाकृत विस्थापित हो जाते हैं,पीजेडटी सामग्री पीजो सिरेमिक डिस्क के परिणामस्वरूप पीजो क्रिस्टल की सतह पर सकारात्मक और नकारात्मक बाध्य चार्ज होते हैं। इस घटना को पीज़ोइलेक्ट्रिक प्रभाव कहा जाता है। क्रिस्टल के इस गुण को पीज़ोइलेक्ट्रिसिटी कहा जाता है। पीज़ोइलेक्ट्रिसिटी की खोज 1880 में जे. क्यूरी और पी. क्यूरी बंधुओं ने की थी। कुछ महीनों बाद उन्होंने प्रयोगात्मक रूप से व्युत्क्रम पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव को सत्यापित किया, यानी, जब पीजो क्रिस्टल पर वोल्टेज लागू किया जाता है, तो पीजो क्रिस्टल ज्यामितीय विरूपण से गुजर जाएगा। 1940 से पहले, केवल दो प्रकार के फेरोइलेक्ट्रिक्स ज्ञात थे (न केवल एक निश्चित तापमान सीमा में स्वचालित ध्रुवीकरण, बल्कि क्रिस्टल का सहज ध्रुवीकरण भी जिसे बाहरी क्षेत्र की ताकत के कारण पुन: निर्देशित किया जा सकता है): एक है बाकी नमक और कुछ निकट से संबंधित टार्ट्रेट; एक है पोटेशियम डाइहाइड्रोजन फॉस्फेट और इसके समकक्ष। पूर्व में सामान्य तापमान पर पीज़ोइलेक्ट्रिसिटी होती है, और तकनीकी उपयोग मूल्य होता है, लेकिन आसानी से घुलने का नुकसान होता है; उत्तरार्द्ध में कम तापमान (-14 सी से कम) पर पीज़ोइलेक्ट्रिसिटी है, और इंजीनियरिंग उपयोग मूल्य बड़ा नहीं है। 1942 और 1945 के बीच बेरियम टाइटेनेट (BaTiO) में असामान्य रूप से उच्च ढांकता हुआ स्थिरांक पाया गया था। यह जल्द ही पीजोइलेक्ट्रिक पाया गया, और BaTi O पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक की खोज पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री में एक क्वांटम छलांग थी। पहले, केवल एक पीजोइलेक्ट्रिक सिंगल क्रिस्टल सामग्री थी, और उसके बाद एक पीजोइलेक्ट्रिक पॉलीक्रिस्टलाइन सामग्री, पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक दिखाई दी और व्यापक रूप से उपयोग की गई। 1947 में, संयुक्त राज्य अमेरिका ने फोनोग्राफ के लिए पिकअप बनाने के लिए BaTiO सिरेमिक का उपयोग किया। जापान ने संयुक्त राज्य अमेरिका की तुलना में दो साल बाद इसका इस्तेमाल किया। BaTiO का नुकसान यह है कि पीजोइलेक्ट्रिसिटी आराम करने वाले नमक की तुलना में कमजोर है और पीजोइलेक्ट्रिसिटी तापमान के साथ पीजो क्वार्ट्ज क्रिस्टल से बड़ी है। 1954 में, बी. जाफ़ और अन्य ने पीजोइलेक्ट्रिक PbZrO-PbTiO (PZT) ठोस समाधान प्रणाली की खोज की, जो एक युगांतरकारी घटना है जिसने BaTiO युग में उपकरणों का निर्माण करना असंभव बना दिया। तब से, प्रकाशिकी के क्षेत्र में पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक के अनुप्रयोग को बढ़ाने के लिए पीजेडटी पारदर्शी पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक विकसित किया गया है। अब तक, ब्रह्मांड के विकास से लेकर परिवार के जीवन तक, पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक का अनुप्रयोग अत्यंत व्यापक है। पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक पर चीन का अनुसंधान 1950 के दशक के अंत में शुरू हुआ, विदेशों की तुलना में लगभग 10 साल बाद। वर्तमान में, पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक के परीक्षण उत्पादन और औद्योगिक उत्पादन में काफी मजबूत ताकतें हैं। कई सामग्रियां अंतरराष्ट्रीय स्तर पर पहुंच चुकी हैं या उसके करीब हैं।

पीजोसेरेमिक पीजोइलेक्ट्रिसिटी का भौतिक तंत्र

पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक पॉलीक्रिस्टल हैं जिनकी पीजोइलेक्ट्रिकिटी को पीजोइलेक्ट्रिकिटी द्वारा समझाया जा सकता है पीज़ोइलेक्ट्रिक डिस्क क्रिस्टल । यांत्रिक बल की कार्रवाई के तहत, कुल विद्युत द्विध्रुव क्षण (ध्रुवीकरण) बदल जाता है, जिसके परिणामस्वरूप पीज़ोइलेक्ट्रिक घटना होती है। पीजोइलेक्ट्रिसिटी का ध्रुवीकरण, विरूपण से गहरा संबंध है।

ध्रुवीकरण का सूक्ष्मदर्शी तंत्र
ध्रुवीकरण अवस्था एक ऐसी अवस्था है जिसमें विद्युत क्षेत्र ढांकता हुआ के आवेशित बिंदु पर सापेक्ष विस्थापन बल लगाता है और आवेशों के बीच पारस्परिक आकर्षण का एक अस्थायी संतुलन बनाता है। तीन मुख्य ध्रुवीकरण तंत्र हैं।

(1) इलेक्ट्रॉन विस्थापन ध्रुवीकरण - एक ढांकता हुआ का परमाणु या आयन एक विद्युत क्षेत्र बल की कार्रवाई के तहत एक सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए नाभिक और एक शेल इलेक्ट्रॉन के नकारात्मक चार्ज केंद्र के साथ मेल नहीं खाता है।
(2) आयन विस्थापन ध्रुवीकरण - ढांकता हुआ के सकारात्मक और नकारात्मक आयन विद्युत क्षेत्र बल की कार्रवाई के तहत अपेक्षाकृत विस्थापित होते हैं, जिससे एक विद्युत द्विध्रुव क्षण उत्पन्न होता है।
(3) ओरिएंटेशन ध्रुवीकरण - ध्रुवीय अणु जो ढांकता हुआ बनाते हैं, उनमें एक निश्चित आंतरिक (अंतर्निहित) विद्युत क्षण होता है। थर्मल गति के कारण, अभिविन्यास अव्यवस्थित है, कुल विद्युत क्षण शून्य है। जब विद्युत क्षेत्र लागू किया जाता है, तो विद्युत क्षेत्र की दिशा संरेखित हो जाती है और एक स्थूल विद्युत द्विध्रुव आघूर्ण प्रकट होता है।
अनिसोट्रोपिक क्रिस्टल के लिए, ध्रुवीकरण और विद्युत क्षेत्र के बीच संबंध

2. पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव

(1) सकारात्मक पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव
जब पीज़ोइलेक्ट्रिक डिस्क सिरेमिक ट्रांसड्यूसर एक बाहरी बल द्वारा विकृत हो जाता है, सकारात्मक और नकारात्मक चार्ज केंद्र अपेक्षाकृत विस्थापित हो जाते हैं, और कुछ संबंधित चेहरों पर विपरीत चार्ज उत्पन्न होते हैं, और ध्रुवीकरण की तीव्रता होती है। कोई विद्युत क्षेत्र नहीं होने और विरूपण द्वारा ध्रुवीकरण की इस घटना को सकारात्मक पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव कहा जाता है।

अनिसोट्रोपिक क्रिस्टल के लिए, तनाव को पीजो क्रिस्टल पर लागू किया जाता है, और क्रिस्टल एक्स, वाई और जेड की तीन दिशाओं में आनुपातिक ध्रुवीकरण प्रदर्शित करेगा, जिसे क्रमशः पीजोइलेक्ट्रिक तनाव स्थिरांक और पीजोइलेक्ट्रिक तनाव स्थिरांक कहा जाता है।

(2) व्युत्क्रम पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव
जब विद्युत क्षेत्र को क्रिस्टल पर लागू किया जाता है, तो न केवल ध्रुवीकरण होता है, बल्कि विरूपण भी उत्पन्न होता है, और विद्युत क्षेत्र द्वारा विरूपण की इस घटना को व्युत्क्रम पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव कहा जाता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि जब क्रिस्टल को विद्युत क्षेत्र के अधीन किया जाता है, तो क्रिस्टल के अंदर तनाव (पीजोइलेक्ट्रिक तनाव) उत्पन्न होता है, और तनाव से पीजोइलेक्ट्रिक तनाव उत्पन्न होता है।
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3. दबाव प्रभाव का तंत्र

पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव सबसे पहले पीजो क्रिस्टल पर खोजा गया था। अब हम पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव के भौतिक तंत्र को चित्रित करने के लिए एक मॉडल के रूप में पीजेडटी सामग्री क्रिस्टल का उपयोग करते हैं।

जब कोई दबाव नहीं डाला जाता है, तो पीजो क्रिस्टल के सकारात्मक और नकारात्मक चार्ज केंद्र वितरित हो जाते हैं। इस समय, सकारात्मक और नकारात्मक चार्ज केंद्र मेल खाते हैं, और पीजो क्रिस्टल का कुल विद्युत क्षण शून्य के बराबर होता है, और क्रिस्टल की सतह चार्ज नहीं होती है (पीजोइलेक्ट्रिक नहीं)।

जब दबाव सेंसर को एक्स दिशा में लगाया जाता है, तो सामग्री क्रिस्टल विकृत हो जाता है, और सकारात्मक और नकारात्मक चार्ज केंद्र अलग हो जाते हैं, यानी, विद्युत द्विध्रुव बदल जाता है, जिससे एक्स विमान पर चार्ज संचय होता है।
जब Y-अक्ष दिशा में दबाव लगाया जाता है, तो क्रिस्टल के सकारात्मक और नकारात्मक चार्ज केंद्रों का वितरण यहां दिखाया गया है, जब कुल विद्युत द्विध्रुव क्षण बदलता है और सामने के विपरीत एक्स विमान पर चार्ज संचय का कारण बनता है। जाहिर है, यह पिछले संपीड़न बल को तन्य बल से बदल रहा है, यह दर्शाता है कि चार्ज का संकेत उलट गया है। संक्षेप में, जब एक दबाव सेंसर को पीजोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल पर लगाया जाता है, तो पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव उत्पन्न हो सकता है।