पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक के ध्रुवीकरण विशेषताओं पर अध्ययन

एक नई सामग्री के रूप में जो हाल के वर्षों में उभरी है, पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक का व्यापक रूप से इलेक्ट्रॉनिक उत्पादों और प्रयोगशाला अनुसंधान के निर्माण में उपयोग किया जाता है। पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक के ढांकता हुआ स्थिरांक की भिन्नता इसकी संरचनात्मक विशेषताओं और ध्रुवीकरण मोड से निकटता से संबंधित है। इसलिए, इसके ध्रुवीकरण मोड की विशेषताओं का अध्ययन पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक जैसी नई सामग्रियों पर गहरी समझ और शोध के लिए एक उच्च संदर्भ है। प्रयोगों द्वारा पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक के ध्रुवीकरण मोड का विश्लेषण किया गया था, और बाहरी वैकल्पिक विद्युत क्षेत्र की स्थिति के तहत पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक के ध्रुवीकरण मोड की भविष्यवाणी की गई थी। ढांकता हुआ स्पेक्ट्रम को एक इलेक्ट्रिक स्पेक्ट्रोमीटर द्वारा मापा गया था, और पहले की भविष्यवाणी को मापने वाले ढांकता हुआ स्पेक्ट्रम द्वारा सत्यापित किया गया था और विश्लेषण किया गया था।

ध्रुवीकरण और ढांकता हुआ पैरामीटर पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक क्रिस्टल ज्यादातर ढांकता हुआ क्रिस्टल होते हैं, जिन्हें डाइलेक्ट्रिक्स भी कहा जाता है। बाहरी विद्युत क्षेत्र की कार्रवाई के तहत, ढांकता हुआ बाहरी विद्युत क्षेत्र पर प्रेरक तरीके से प्रतिक्रिया करेगा। शरीर में या सतह पर एक निश्चित मात्रा में आवेश दिखाई देता है। इस घटना को ध्रुवीकरण कहा जाता है। इलेक्ट्रोडीकरण को एक स्थूल ध्रुवीकरण वेक्टर पी द्वारा दर्शाया जाता है, जो प्रति इकाई आयतन विद्युत द्विध्रुव क्षणों के वेक्टर योग के बराबर है। यदि समान संख्या में आवेश विद्युत क्षेत्र की क्रिया के तहत एक दूरी छोड़ते हैं, जो आवेश प्रणाली के विद्युत द्विध्रुवीय क्षण का प्रतिनिधित्व करता है, और एल की दिशा नकारात्मक आवेश द्वारा सकारात्मक आवेश की ओर निर्देशित होती है। बाहरी विद्युत क्षेत्र में ढांकता हुआ के ध्रुवीकरण का सार यह है कि चार्ज ढांकता हुआ का गठन कर रहा है जिसमें बाहरी विद्युत क्षेत्र की कार्रवाई के तहत एक मैक्रोस्कोपिक विस्थापन होता है। धनात्मक आवेश विद्युत लाइन के साथ विस्थापित हो जाएगा, और ऋणात्मक आवेश विपरीत विद्युत लाइन को स्थानांतरित कर देगा, इससे ढांकता हुआ एक मैक्रो-इलेक्ट्रिक द्विध्रुवीय क्षण उत्पन्न हो रहा है। एक निश्चित सीमा के भीतर, ध्रुवीकरण P बाहरी विद्युत क्षेत्र EP = ε0xE के समानुपाती होता है, और x को ध्रुवीकरण दर कहा जाता है। सूक्ष्म तंत्र विश्लेषण से, ढांकता हुआ ध्रुवीकरण उत्पन्न करने के तीन तरीके हैं, अर्थात् इलेक्ट्रॉन विस्थापन ध्रुवीकरण का उपयोग ध्रुवीय अणुओं के विस्थापन ध्रुवीकरण और अभिविन्यास ध्रुवीकरण के लिए किया जाता है। वास्तव में ध्रुवीकरण होने के बावजूद, परिणाम को माध्यम में एक विद्युत द्विध्रुव के गठन के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है, जिसे अणु या परमाणु के विद्युत द्विध्रुव क्षण μ द्वारा चित्रित किया जा सकता है। μ का आकार न केवल स्थूल विद्युत क्षेत्र E द्वारा निर्धारित होता है, बल्कि आसन्न अणुओं द्वारा उत्पन्न विद्युत क्षेत्र द्वारा भी निर्धारित होता है। दोनों के योग को प्रभावी क्षेत्र Ei कहा जाता है। सूत्र μ = αEi में, α को अणु या परमाणु की ध्रुवीकरण क्षमता कहा जाता है, और यह अणु की ध्रुवीकरण विशेषताओं का वर्णन करने वाली एक सूक्ष्म भौतिक मात्रा है।

1.1इलेक्ट्रॉन विस्थापन ध्रुवीकरण

बाहरी विद्युत क्षेत्र की कार्रवाई के तहत, ढांकता हुआ बनाने वाले परमाणुओं और आयनों में इलेक्ट्रॉन बादल विकृत हो जाएगा, जिससे इलेक्ट्रॉन बादल नाभिक के सापेक्ष स्थानांतरित हो जाएगा, इस प्रकार एक विद्युत द्विध्रुवीय क्षण उत्पन्न होगा। इस ध्रुवीकरण को इलेक्ट्रॉनों का विस्थापन ध्रुवीकरण कहा जाता है। इलेक्ट्रॉन विस्थापन ध्रुवीकरण ध्रुवीकरण का एक रूप है जो सभी डाइलेक्ट्रिक्स में होता है। एक इलेक्ट्रॉन का विस्थापन ध्रुवीकरण इंगित करता है कि बाहरी विद्युत क्षेत्र के प्रभाव के कारण, इलेक्ट्रॉन में ऊर्जा को अवशोषित करने और संबंधित ऊर्जा स्तरों के बीच संक्रमण की एक निश्चित संभावना होगी। चूँकि बाहरी इलेक्ट्रॉन कमजोर रूप से परमाणुओं से बंधे होते हैं, परमाणुओं का इलेक्ट्रॉन विस्थापन मुख्य रूप से वैलेंस इलेक्ट्रॉनों से प्राप्त होता है। इलेक्ट्रॉन के विस्थापन ध्रुवीकरण को αe द्वारा दर्शाया जाता है, और यह माना जाता है कि विचाराधीन अणु एक गोला है, जिसकी गणना एक बिंदु-आवेश द्वारा की जाती है गोलाकार पीजो सिरेमिक मॉडल और एक गोलाकार कक्षा मॉडल।

आयन विस्थापन ध्रुवीकरण

आंतरिक विद्युत द्विध्रुवीय क्षण का अभिविन्यास ध्रुवीकरण

यदि अणु ढांकता हुआ का निर्माण कर रहा है जो एक ध्रुवीय अणु है, जिसका सकारात्मक चार्ज केंद्र नकारात्मक चार्ज के केंद्र के साथ मेल नहीं खाता है, तो इसमें एक अंतर्निहित विद्युत द्विध्रुव क्षण होता है। बाह्य विद्युत क्षेत्र की अनुपस्थिति में, तापीय गति ढांकता हुआ अणुओं के विद्युत द्विध्रुव क्षण के बाद से पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक घटक स्थानिक रूप से अव्यवस्थित है, सभी दिशाओं में इंगित करने की संभावना समान है, और आणविक विद्युत द्विध्रुवीय क्षण एक दूसरे को रद्द कर देते हैं। इसलिए, समग्र रूप से ढांकता हुआ में कोई विद्युत द्विध्रुव क्षण नहीं होता है। जब एक बाहरी विद्युत क्षेत्र लागू किया जाता है, तो आणविक विद्युत द्विध्रुव के सकारात्मक और नकारात्मक चार्ज विद्युत क्षेत्र बल से प्रभावित होते हैं, और बाहरी विद्युत क्षेत्र की दिशा की ओर इंगित करने की प्रवृत्ति होती है, या उन्हें स्थिर स्थिति में रखा जाना चाहिए, ताकि सिस्टम की ऊर्जा कम से कम हो, और बाहरी विद्युत क्षेत्र की दिशा को इंगित करना आवश्यक है। या किसी बाहरी विद्युत क्षेत्र के चारों ओर पूर्वता। सांख्यिकीय सिद्धांत के अनुसार, ऊर्जा E पर कणों की संख्या e=-EkT के समानुपाती होती है। इसके अनुसार, ढांकता हुआ अणु के अभिविन्यास ध्रुवीकरण की ध्रुवीकरण क्षमता की गणना की जा सकती है। Dd=μ2 .3kT सूत्र में, μ आणविक आंतरिक विद्युत द्विध्रुव क्षण है, k बोल्ट्जमान स्थिरांक है, और T तापमान है।

अणु की कुल ध्रुवीकरण क्षमता α को विभिन्न तंत्रों की ध्रुवीकरण क्षमता α = αe + αa + αd के योग के रूप में माना जा सकता है। यदि प्रति इकाई आयतन में अणुओं की संख्या N है, तो स्थूल ध्रुवीकरण वेक्टर P को सूक्ष्म आणविक ध्रुवीकरण α के साथ सहसंबद्ध किया जा सकता है। P=NαEiP=ε0(εr-1)E=NαEi, इसलिए ढांकता हुआ निरंतर माध्यम में प्रत्येक आणविक ध्रुवीकरण द्वारा माना जाने वाला प्रभावी विद्युत क्षेत्र Ei स्थूल औसत विद्युत क्षेत्र E से भिन्न होता है। एक अणु के लिए, यह न केवल E से प्रभावित होता है, बल्कि अन्य ध्रुवीकरणों द्वारा उत्पन्न विद्युत क्षेत्र से भी प्रभावित होता है। यह परिकल्पना की गई है कि जांचा गया आणविक मॉडल एक गोला है, और गोले की त्रिज्या परमाणुओं के बीच के अंतर से बहुत बड़ी है। बाहर आणविक ध्रुवीकरण का प्रभाव, अल्ट्रासोनिक पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर को मैक्रोस्कोपिक तरीके से निरंतर ध्रुवीकृत माध्यम के रूप में माना जा सकता है। माध्यम के ध्रुवीकरण के दौरान बाहरी क्षेत्र के परिवर्तन की डिग्री प्रतिक्रियाओं को विश्राम समय τ द्वारा दर्शाया जाता है। τ का भौतिक अर्थ ढांकता हुआ में एक निरंतर विद्युत क्षेत्र जोड़ना, ध्रुवीकरण स्थिर होने के बाद विद्युत क्षेत्र को हटाना और समय τ, ध्रुवीकरण पी को पार करना है। वॉल्यूम में विद्युत द्विध्रुव क्षण वैक्टर का योग मूल पीएम के 1/ई तक कम हो जाता है, यानी पी = पीमेटτ। चूंकि ध्रुवीकरण प्रक्रिया में छूट है, डी (विस्थापन वेक्टर), पी और ई परिवर्तन चरण में नहीं हैं। डी, पी ई के चरण से पीछे रहेगा। साइनसॉइडल वैकल्पिक विद्युत क्षेत्र को एक जटिल संख्या द्वारा दर्शाया गया है। पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक के ढांकता हुआ स्पेक्ट्रम को मापने के लिए, इस प्रयोग में, पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक से बना एक बजर दो गोलाकार इलेक्ट्रोड शीट के बीच रखा जाता है, और कोणीय आवृत्ति को इलेक्ट्रोड शीट और ω के साइनसॉइडल वोल्टेज में जोड़ा जाता है।