पीजेडटी पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक की ध्रुवीकरण प्रक्रिया पर अध्ययन

पीजोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल ट्रांसड्यूसर का व्यापक रूप से इलेक्ट्रॉनिक्स, प्रकाश, गर्मी और ध्वनिकी के क्षेत्र में उपयोग किया जाता है, और यह रक्षा उद्योग, नागरिक उद्योग और दैनिक जीवन में महत्वपूर्ण कार्यात्मक सामग्री बन गए हैं। वे वर्तमान कार्यात्मक सामग्रियों की एक प्रमुख अनुसंधान दिशा हैं। वर्तमान में, सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक अभी भी लेड जिरकोनेट टाइटेनेट (पीजेडटी) और इसके टर्नरी या क्वाटरनरी सिरेमिक है। पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक उपकरणों के निर्माण में ध्रुवीकरण प्रक्रिया एक महत्वपूर्ण प्रक्रिया है। ध्रुवीकरण प्रक्रिया पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक में डोमेन संरचनाओं के आंदोलन और विकास की प्रक्रिया है। पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक कृत्रिम ध्रुवीकरण से पहले आइसोट्रोपिक निकाय हैं, और बाहरी रूप से पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव प्रदर्शित नहीं करते हैं; ध्रुवीकरण के बाद, वे अवशेष ध्रुवीकरण के कारण अनिसोट्रोपिक निकाय बन जाते हैं, इस प्रकार एक पीज़ोइलेक्ट्रिक प्रभाव होता है। ध्रुवीकृत पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक के ढांकता हुआ और लोचदार गुण ध्रुवीकरण की डिग्री से संबंधित हैं। पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक में उच्च स्तर का ध्रुवीकरण करने और उनके संभावित पीजोइलेक्ट्रिक गुणों को पूरा खेल देने के लिए, इष्टतम ध्रुवीकरण स्थितियों को अपनाना आवश्यक है, यानी उचित ध्रुवीकरण विद्युत क्षेत्र की ताकत (ई) और ध्रुवीकरण तापमान (टी) का चयन करना आवश्यक है। और ध्रुवीकरण समय (टी)। ध्रुवीकरण प्रक्रिया की तीन स्थितियाँ आपस में जुड़ी हुई हैं। यदि ध्रुवीकरण विद्युत क्षेत्र कमजोर है, तो तापमान बढ़ाकर और ध्रुवीकरण समय को बढ़ाकर इसकी भरपाई की जा सकती है; यदि विद्युत क्षेत्र मजबूत है और तापमान अधिक है, तो ध्रुवीकरण का समय कम किया जा सकता है। हालाँकि, ध्रुवीकरण की तीन स्थितियाँ पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक की संरचना से निकटता से संबंधित हैं। पीजेडटी पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक सामग्रियों के लिए, जबरदस्त विद्युत क्षेत्र कम हो जाता है। पारंपरिक विधि ज़िरकोनियम और टाइटेनियम अनुपात को समायोजित करना है। जिरकोनियम और टाइटेनियम का अनुपात जितना बड़ा होगा, बलपूर्वक विद्युत क्षेत्र उतना ही छोटा होगा, ताकि ध्रुवीकरण विद्युत क्षेत्र छोटा हो। यह ज़िरकोनियम और टाइटेनियम अनुपात को बढ़ाने से ध्रुवीकरण प्रक्रिया की स्थिति में उल्लेखनीय सुधार नहीं होता है।

उत्पादन और वैज्ञानिक अनुसंधान में, कुछ ऑक्साइड और यौगिकों का उपयोग अक्सर पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक सामग्रियों के प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए ट्रेस एडिटिव्स के रूप में किया जाता है। ये ट्रेस एडिटिव्स पीजेडटी में कुछ टाइटेनियम आयनों और ज़िरकोनियम आयनों की स्थिति को प्रतिस्थापित करते हैं, जिससे अनाज में डोमेन आसानी से चलता है, जिससे जबरदस्त विद्युत क्षेत्र में महत्वपूर्ण कमी आती है और ध्रुवीकरण की तीन स्थितियां भी कम हो जाती हैं। ध्रुवीकरण करना आसान. बार-बार किए गए प्रयोगों की लंबी अवधि के बाद, यह निर्धारित किया गया है कि 6. 5 मेगाहर्ट्ज पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक फ़िल्टर संशोधित PZT से बना है और इसकी संरचना Pb0 है। 90 श्र0. 05एमजी0. 03बा0. 02 (Zr0. 53 Ti0. 47 ) O3 +CeO2 + पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक कच्चे माल को पहले से जलाने, बनाने, जलाने और पॉलिश करने के बाद, 24 मिमी × 0.35 मिमी की एक गोल पीजो सिरेमिक डिस्क बनती है, और गोल पीजो सिरेमिक टुकड़े के दोनों तरफ चांदी होने के बाद, इसे 100 डिग्री सेल्सियस पर ओवन में रखा जाता है। 10 मिनट से अधिक समय तक बेक करें, और चांदी की परत से टाइल्स हटा दें। फिर, सिल्वर पीजो प्लेट को एक बॉक्स भट्ठी में रखा जाता है, और तापमान को 15 डिग्री सेल्सियस/6 मिनट के निरंतर तापमान पर 100 डिग्री सेल्सियस तक बढ़ाया जाता है, और तापमान को 0.5 डिग्री सेल्सियस पर बढ़ाया जाता है। तापमान को 15 डिग्री सेल्सियस/6 मिनट के निरंतर तापमान तक बढ़ाया जाता है। 400 डिग्री सेल्सियस पर, तापमान 20 डिग्री सेल्सियस/6 मिनट के स्थिर तापमान पर 700 डिग्री सेल्सियस तक बढ़ाया गया था। 20 मिनट के स्थिर तापमान के बाद, तापमान धीरे-धीरे 100 डिग्री सेल्सियस से नीचे आ गया। सिल्वर-प्लेटेड चीनी मिट्टी के टुकड़ों को 12 घंटे के लिए कमरे के तापमान पर रखा गया, सिलिकॉन तेल स्नान में रखा गया, और विभिन्न ध्रुवीकरण स्थितियों के तहत ध्रुवीकरण उपचार के अधीन किया गया। पीजोइलेक्ट्रिक गुण 24 घंटे तक खड़े रहने के बाद स्पर्शरेखा पीजोइलेक्ट्रिक ट्यूब को मापा गया।

पीजोइलेक्ट्रिक गुणों पर ध्रुवीकृत विद्युत क्षेत्र का प्रभाव

ध्रुवीकरण प्रक्रिया में, ध्रुवीकरण विद्युत क्षेत्र डोमेन को चलाने के लिए बाहरी प्रेरक शक्ति है। सामग्री की संतृप्ति क्षेत्र की ताकत से अधिक नहीं होने की स्थिति में, ई जितना बड़ा होगा, डोमेन संरेखण के अभिविन्यास का प्रभाव उतना अधिक होगा, और ध्रुवीकरण की डिग्री जितनी अधिक पूर्ण होगी, पीजोइलेक्ट्रिक प्रदर्शन उतना ही बेहतर होगा। जिन इलेक्ट्रॉनों को कम दबाव पर विक्षेपित करना या पुन:अभिविन्यास करना मुश्किल होता है, वे उच्च दबाव में विक्षेपण या पुनर्अभिविन्यास के प्रति अधिक संवेदनशील होते हैं, जो ध्रुवीकरण को अधिक पूर्ण बना रहा है। 180° उलटा डोमेन के लिए, डोमेन का उलटा अपने डोमेन दीवार के पार्श्व आंदोलन के माध्यम से रिवर्स डोमेन को नहीं चलाता है, बल्कि उलटा डोमेन के अंदर नमूने के किनारे इलेक्ट्रोड के पास बहुत अधिक ध्रुवीकरण बढ़ाता है। विद्युत क्षेत्र की दिशा के अनुरूप दिशा वाला एक नया, तेज-जैसा डोमेन। नए डोमेन के न्यूक्लियेशन के बाद, यह विद्युत क्षेत्र की कार्रवाई के तहत आगे बढ़ता है और पूरे नमूने में प्रवेश करता है। जब विद्युत क्षेत्र बढ़ाया जाता है, तो नए डोमेन लगातार दिखाई देते हैं, और आगे का विकास पूरे रिवर्स डोमेन में फैलता है। अंत में, रिवर्स डोमेन बाहरी विद्युत क्षेत्र की दिशा के समान हो जाता है, और आसन्न आइसोट्रोपिक डोमेन के साथ मिलकर एक बड़ी मात्रा बनाता है। 90° डोमेन के लिए, डोमेन दीवार पार्श्व में घूम सकती है, और 90° डोमेन के पार्श्व आंदोलन के लिए आवश्यक महत्वपूर्ण विद्युत क्षेत्र तेज आकार के नए डोमेन कोर के लिए आवश्यक महत्वपूर्ण विद्युत क्षेत्र से छोटा है, लेकिन 90° डोमेन स्टीयरिंग और बाहरी विद्युत क्षेत्र दिशा की आवश्यकता होती है। कंसिस्टेंट के लिए एक बड़े विद्युत क्षेत्र की आवश्यकता होती है, और इसके नए डोमेन का विकास मुख्य रूप से 90° डोमेन दीवार के पार्श्व आंदोलन को आगे बढ़ाने के लिए बाहरी विद्युत क्षेत्र पर निर्भर करता है। टी = 15 मिनट और टी = 130 डिग्री सेल्सियस की स्थिति के तहत, पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक टुकड़े का ध्रुवीकरण ई द्वारा बदल दिया गया था, और पीजोइलेक्ट्रिक स्थिरांक डी33 ई के साथ बदल गया था। यह देखा जा सकता है कि जब ई <1. 5 केवी/मिमी, डी33 ई की वृद्धि के साथ धीरे-धीरे बढ़ता है; जब E > 1. 5 kV/mm, d33 E की वृद्धि के साथ तेजी से बढ़ता है, लेकिन जब E > 2. 5 kV/mm, d33 अचानक तेजी से गिरता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि जब ई <1.5 केवी/मिमी, ध्रुवीकरण केवल सामग्री को बाहरी विद्युत क्षेत्र की दिशा में 180 डिग्री डोमेन अभिविन्यास में आसानी से बदल सकता है, इसलिए डी33 मान कम है और वृद्धि धीमी है; जब E > 1. 5 kV, बाह्य विद्युत क्षेत्र सामग्री के अवपीड़क विद्युत क्षेत्र से बड़ा होता है, जिससे कि 90° डोमेन जो सामग्री को मोड़ना मुश्किल होता है। जो बाहरी विद्युत क्षेत्र की दिशा की ओर झुकता है, इसलिए d33 तेजी से बढ़ता है; बाहरी विद्युत क्षेत्र की ताकत को बढ़ाना जारी रखें, जब E > 2. 0 kV/ मिमी पर, सामग्री में पीजोइलेक्ट्रिक डोमेन टर्न लगभग पूरा हो जाता है, इसलिए d33 की वृद्धि धीमी हो जाती है। लेकिन जब E एक निश्चित मान (E > 2. 5 kV/mm) तक पहुंचता है, तो पीजो सिरेमिक में मुक्त इलेक्ट्रॉनों को विद्युत क्षेत्र में खोई हुई ऊर्जा की तुलना में अधिक ऊर्जा मिलती है। आयनीकरण टकराव सिद्धांत के अनुसार, प्रत्येक टकराव के बाद मुक्त इलेक्ट्रॉन हो सकते हैं। ऊर्जा जमा होने से सिरेमिक शीट का तापमान लगातार बढ़ता है, पीज़ोइलेक्ट्रिक प्रदर्शन लगातार ख़राब होता है, और अंततः थर्मल ब्रेकडाउन होता है। इसके अलावा, जब लागू विद्युत क्षेत्र पर्याप्त रूप से उच्च होता है, तो क्वांटम यांत्रिकी के टनलिंग प्रभाव के कारण, निषिद्ध बैंड इलेक्ट्रॉन चालन बैंड में प्रवेश कर सकते हैं, और मजबूत क्षेत्र की कार्रवाई के तहत, मुक्त इलेक्ट्रॉन त्वरित हो जाते हैं, जिससे इलेक्ट्रॉन टकराते हैं और आयनित होते हैं। इस समय, धारा के बढ़ने के कारण, पीजो क्रिस्टल का स्थानीय तापमान बढ़ जाता है, जिससे पीजो क्रिस्टल आंशिक रूप से पिघल जाता है और इसकी संरचना नष्ट हो जाती है, जिससे पीजो सिरेमिक के गुण ख़राब हो जाते हैं, और अंत में टूटना होता है।

पीज़ोइलेक्ट्रिक गुणों पर ध्रुवीकरण तापमान का प्रभाव

E = 2. 0 kV/mm और t = 15 मिनट की स्थिति के तहत, पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक को ध्रुवीकृत करने के लिए T को बदल दिया जाता है। d33 और d33 की भिन्नता तेजी से बढ़ने लगती है। तापमान 130 डिग्री सेल्सियस तक पहुंचने के बाद, d33 का मान मूल रूप से अपरिवर्तित रहा। ऐसा इसलिए है क्योंकि कम तापमान पर, जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, पीजो क्रिस्टल अक्ष अनुपात छोटा हो जाता है, डोमेन गतिविधि बढ़ जाती है, और डोमेन के 90° स्टीयरिंग के कारण होने वाला आंतरिक तनाव छोटा हो जाता है, यानी डोमेन स्टीयरिंग प्रभावित होता है। प्रतिरोध छोटा है, और डोमेन आसानी से उन्मुख होते हैं, इसलिए ध्रुवीकरण करना आसान होता है। जब टी 130 डिग्री सेल्सियस तक पहुंचता है, तो अधिकांश पीजोइलेक्ट्रिक डोमेन चालू हो जाते हैं और स्टीयरिंग संतृप्त हो जाता है, इसलिए डी33 का मान नहीं बदलता है।

ध्रुवीकरण की स्थिति पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक के प्रदर्शन पर बहुत प्रभाव डालती है, और ध्रुवीकरण विद्युत क्षेत्र ध्रुवीकरण की स्थिति का मुख्य कारक है। सैद्धांतिक रूप से, जब लागू विद्युत क्षेत्र बलपूर्वक क्षेत्र की ताकत से अधिक हो जाता है, तो अधिकांश डोमेन को घुमाया जाना चाहिए और ध्रुवीकृत किया जाना चाहिए और पूरी तरह से ध्रुवीकृत किया जाना चाहिए, लेकिन ऐसे विद्युत क्षेत्र के तहत, भले ही इसे लंबे समय तक ध्रुवीकृत किया जाए, इसे प्राप्त नहीं किया जा सकता है। बेहतर पीज़ोइलेक्ट्रिक गुण। सामग्री के पीज़ोइलेक्ट्रिक गुणों को पूरी तरह से लागू करने के लिए, विद्युत क्षेत्र को संतृप्ति क्षेत्र की ताकत में जोड़ा जाना चाहिए, जो कि जबरदस्त क्षेत्र की ताकत का 3 से 4 गुना है। इसलिए, बलपूर्वक विद्युत क्षेत्र ध्रुवीकरण के दौरान चयनित विद्युत क्षेत्र की निचली सीमा है, और संतृप्ति क्षेत्र की ताकत। यह माना जा सकता है कि ध्रुवीकरण के समय क्षेत्र की ताकत की ऊपरी सीमा का चयन किया जाता है, और यदि संतृप्ति क्षेत्र की ताकत पार हो जाती है, तो टूटना आसानी से पाया जा सकता है। व्यापक विचार के बाद, 6. 5 मेगाहर्ट्ज पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक फिल्टर के इष्टतम ध्रुवीकरण प्रक्रिया पैरामीटर निर्धारित किए जाते हैं: ध्रुवीकरण विद्युत क्षेत्र की ताकत 2. 2 केवी/मिमी है, और ध्रुवीकरण तापमान 130 डिग्री सेल्सियस है। इसके आधार पर ध्रुव का निर्धारण किया जाता है। समय 15 मिनट है. प्रायोगिक परिणाम बताते हैं कि जब ध्रुवीकरण का समय 15 मिनट से अधिक हो जाता है, तो पीजोइलेक्ट्रिक प्रदर्शन पर प्रभाव स्पष्ट नहीं होता है। प्रयोग में यह भी पाया गया कि सिल्वर-सिंटरिंग प्रक्रिया में आमतौर पर इस्तेमाल होने वाले उच्च तापमान वाले सिल्वर पेस्ट के बजाय कम तापमान वाले प्रवाहकीय पेस्ट सिल्वर पेस्ट के उपयोग से सिरेमिक शीट के पीजोइलेक्ट्रिक और मैकेनिकल गुणों में कुछ हद तक सुधार हो सकता है, लेकिन बंधन शक्ति कम होती है और लागत अधिक होती है। औद्योगिक उत्पादन के लिए उच्च और अनुपयुक्त। फायरिंग प्रक्रिया के प्रयोग में, यह पाया गया कि पीजो सिरेमिक शीट का तापमान 1 250 डिग्री सेल्सियस से अधिक है और 2 घंटे से अधिक समय तक रखने पर ध्रुवीकरण के दौरान टूटने का खतरा होता है, जिसके परिणामस्वरूप दरारें बढ़ जाती हैं। इसका कारण यह है कि फायरिंग तापमान जितना अधिक होता है और धारण समय जितना लंबा होता है, उतना ही गंभीर क्रिस्टलीकरण होता है, जिससे छोटे दाने बड़े दाने बन जाते हैं, जिससे आमतौर पर सिरेमिक सरंध्रता में वृद्धि होती है और सिरेमिक घनत्व में कमी आती है। यह यांत्रिक शक्ति और ढांकता हुआ स्थिरांक को कम करता है, और साथ ही पीजो सिरेमिक के यांत्रिक गुणवत्ता कारक को भी कम करता है।

 जब हैंडओवर आता है, तो हैंडओवर प्रमाणित किया जाता है। यदि यह सफल होता है, तो तैयारी चरण में आवंटित संसाधनों को प्रोटोकॉल एक्सेस मॉड्यूल को सौंप दिया जाता है और नियंत्रण के लिए एक कॉल शुरू की जाती है। इस समय, कॉल नियंत्रण कॉल को सामान्य टर्मिनल कॉल मानता है। जब प्रोटोकॉल एक्सेस मॉड्यूल एचओएम को रिपोर्ट करता है कि टर्मिनल ने वास्तव में संदेश तक पहुंच प्राप्त कर ली है, तो स्विच को स्थिर स्थिति में माना जा सकता है। यदि स्विच किए गए टर्मिनल को अन्य हैंडओवर की आवश्यकता होती है, जैसे आंतरिक हैंडओवर या बाद में हैंडओवर, तो इसे एचओ फ़ंक्शन विवरण के अनुसार पूरा किया जा सकता है। यह बताया जाना चाहिए कि स्विच किए गए ओटी सिरों का कॉल के ओटी सिरों से कोई लेना-देना नहीं है। कॉल का टी एंड और ओ एंड स्विच्ड ओ एंड या स्विच्ड टी एंड हो सकता है। जीएसएम और यूएमटीएस हैंडओवर पर शोध के बाद, यदि मोबाइल सॉफ्टस्विच में जीएसएम और यूएमटीएस हैंडओवर हैं, तो सिग्नलिंग प्रक्रिया और मीडिया नियंत्रण, विशेष रूप से बीएसएसएपी और आरएएनएपी के हैंडओवर संदेशों के बीच कई समानताएं हैं। राज्य मशीन की डिजाइन प्रक्रिया में, दो प्रोटोकॉल के संलयन को लागू करने और अंत में पृथक्करण कार्यान्वयन की योजना को अपनाने पर विचार किया जाता है। हैंडओवर में एकल प्रोटोकॉल की सिग्नलिंग प्रक्रिया जटिल नहीं है, और हैंडओवर की जटिलता मुख्य रूप से कई अलग-अलग इंटरफेस पर प्रोटोकॉल के सहयोग से आती है। बेस स्टेशन सबसिस्टम एप्लिकेशन पार्ट (बीएसएसएपी) और रेडियो एक्सेस नेटवर्क एप्लिकेशन पार्ट (आरएएनएपी) के दो प्रोटोकॉल में हैंडओवर से संबंधित संदेशों का संलयन हैंडओवर स्टेट मशीन के डिजाइन के लिए बहुत सरल नहीं किया जा सकता है, और बीएसएसएपी के लिए भी होगा। RANAP प्रोटोकॉल के अनुकूल डिज़ाइन जटिलता जोड़ता है। इसके अलावा, फ़्यूज़न के परिणामस्वरूप संदेशों और मापदंडों का अतिरेक होगा या कार्यक्षमता का नुकसान होगा।