Studija procesa polarizacije PZT piezoelektrične keramike

Piezoelektrični kristalni pretvornik naširoko se koristi u poljima elektronike, svjetla, topline i akustike, te su postali važni funkcionalni materijali u obrambenoj industriji, civilnoj industriji i svakodnevnom životu. Oni su glavni smjer istraživanja trenutnih funkcionalnih materijala. Trenutno je najkorištenija piezoelektrična keramika još uvijek olovo cirkonat titanat (PZT) i njegova ternarna ili kvaternarna keramika. Proces polarizacije je ključni proces u proizvodnji piezoelektričnih keramičkih uređaja. Proces polarizacije je proces gibanja i razvoja domenskih struktura u piezoelektričnoj keramici. Piezoelektrična keramika je izotropna tijela prije umjetne polarizacije i ne pokazuje piezoelektrični učinak izvana; nakon polarizacije, zbog zaostale polarizacije postaju anizotropna tijela, pa imaju piezoelektrični učinak. Dielektrična i elastična svojstva polarizirane piezoelektrične keramike povezana su sa stupnjem polarizacije. Kako bi piezoelektrična keramika imala visok stupanj polarizacije i dala punu prednost svojim potencijalnim piezoelektričnim svojstvima, potrebno je usvojiti optimalne uvjete polarizacije, odnosno odabrati odgovarajuću jakost polarizacijskog električnog polja (E) i polarizacijsku temperaturu (T). I vrijeme polarizacije (t). Tri uvjeta procesa polarizacije su međusobno povezana. Ako je polarizacijsko električno polje slabo, može se kompenzirati povećanjem temperature i produljenjem vremena polarizacije; ako je električno polje jako i temperatura visoka, vrijeme polarizacije se može skratiti. Međutim, tri uvjeta polarizacije usko su povezana sa sastavom piezoelektrične keramike. Za PZT piezoelektrične keramičke materijale, koercitivno električno polje je smanjeno. Tradicionalna metoda je podešavanje omjera cirkonija i titana. Što je veći omjer cirkonija i titana, to je manje koercitivno električno polje, tako da je polarizacijsko električno polje manje. Povećanje omjera cirkonija i titana ne poboljšava značajno uvjete procesa polarizacije.

U proizvodnji i znanstvenim istraživanjima, određeni oksidi i spojevi često se koriste kao dodaci u tragovima za poboljšanje performansi piezoelektričnih keramičkih materijala. Ovi aditivi u tragovima zamjenjuju položaje nekih iona titana i iona cirkonija u PZT-u, što čini domenu u zrncima da se lako pomiče, što dovodi do značajnog smanjenja koercitivnog električnog polja i također smanjuje tri uvjeta polarizacije. Lako se polarizira. Nakon dugog razdoblja ponovljenih eksperimenata, utvrđeno je da je piezoelektrični keramički filtar od 6,5 MHz napravljen od modificiranog PZT i da mu je sastav Pb0. 90 Sr0. 05Mg0. 03Ba0. 02 (Zr0. 53 Ti0. 47 ) O3 +CeO2 + Nakon što je piezoelektrična keramička sirovina prethodno pečena, oblikovana, pečena i polirana, formira se okrugli piezo keramički disk od 24 mm × 0,35 mm, a nakon posrebrenja s obje strane okruglog piezo keramičkog komada, stavlja se u pećnicu na 100 °C. Pecite dulje od 10 minuta i skinite pločice sa srebrnog sloja. Zatim se srebrna piezo ploča stavlja u kutijastu peć, a temperatura se podiže na 100 °C pri konstantnoj temperaturi od 15 °C / 6 min, a temperatura se podiže na 0,5 °C. Temperatura se podiže na konstantnu temperaturu od 15 °C / 6 min. Na 400 °C, temperatura je podignuta na 700 °C uz konstantnu temperaturu od 20 °C / 6 min. Nakon konstantne temperature od 20 minuta, temperatura je polako spuštena ispod 100 °C. Posrebreni porculanski komadi stavljeni su na sobnu temperaturu 12 h, stavljeni u kupku od silikonskog ulja i podvrgnuti polarizacijskom tretmanu pod različitim uvjetima polarizacije. Piezoelektrična svojstva tangencijalne piezoelektrične cijevi izmjereni su nakon stajanja 24 sata.

Učinak polariziranog električnog polja na piezoelektrična svojstva

U procesu polarizacije, polarizacijsko električno polje je vanjska pokretačka sila za upravljanje domenom. U slučaju da se ne prekorači jakost polja zasićenja materijala, što je E veći, to je veći učinak orijentacije poravnanja domene i stupnja polarizacije Što je potpunije, to je bolja piezoelektrična izvedba. Elektroni koje je teško skrenuti ili preorijentirati pri niskom tlaku su osjetljiviji na otklon ili preorijentaciju pod visokim tlakom, što polarizaciju čini potpunijom. Za domenu inverzije od 180°, inverzija domene ne usmjerava reverznu domenu kroz bočno kretanje njezine stjenke domene, već povećava veliku polarizaciju u blizini elektrode duž ruba uzorka unutar inverzijske domene. Nova, oštra domena sa smjerom koji je u skladu sa smjerom električnog polja. Nakon nukleacije nove domene, ona pod djelovanjem električnog polja napreduje i prodire kroz cijeli uzorak. Kada se električno polje pojača, nove domene se pojavljuju kontinuirano, a razvoj naprijed širi se na cijelu reverznu domenu. Na kraju, reverzna domena postaje ista kao smjer vanjskog električnog polja i kombinira se sa susjednim izotropnim domenama da bi se formirao veći volumen. Za domenu od 90°, stijenka domene može se pomicati bočno, a kritično električno polje potrebno za bočno pomicanje domene od 90° je manje od kritičnog električnog polja potrebnog za novu jezgru domene oštrog oblika, ali je potrebno upravljanje domenom od 90° i vanjski smjer električnog polja. Dosljedno zahtijeva veće električno polje, a razvoj njegove nove domene uglavnom se oslanja na vanjsko električno polje koje gura bočno kretanje stijenke domene od 90°. U uvjetima t = 15 min i T = 130 °C, polarizacija piezoelektričnog keramičkog komada promijenila se za E, a piezoelektrična konstanta d33 promijenila se s E. Može se vidjeti da kada je E < 1,5 kV/mm, d33 polako raste s porastom E; kada je E > 1,5 kV/mm, d33 brzo raste s porastom E, ali kada je E > 2,5 kV/mm, d33 iznenada brzo pada. To je zato što kada je E < 1,5 kV/mm, polarizacija samo može natjerati materijal da se lako okrene na orijentaciju domene od 180° u smjeru vanjskog električnog polja, tako da je vrijednost d33 niža i porast je sporiji; kada je E > 1,5 kV, vanjsko električno polje je veće od koercitivnog električnog polja materijala, tako da je domena od 90° koja teško okreće materijal. koja teži smjeru vanjskog električnog polja, tako da d33 brzo raste; nastaviti povećavati jakost vanjskog električnog polja, kada je E > 2,0 kV/ Na mm, zaokret piezoelektrične domene u materijalu je gotovo potpun, tako da je povećanje d33 sporo. Ali kada E dosegne određenu vrijednost (E > 2,5 kV/mm), slobodni elektroni u piezo keramici dobivaju više energije u električnom polju od izgubljene energije. Prema teoriji ionizacijskih sudara, slobodni elektroni mogu biti nakon svakog sudara. Akumulirana energija uzrokuje kontinuirani porast temperature keramičke ploče, piezoelektrična izvedba se kontinuirano smanjuje i na kraju dolazi do toplinskog sloma. Štoviše, kada je primijenjeno električno polje dovoljno visoko, zbog efekta tuneliranja kvantne mehanike, elektroni zabranjenog pojasa mogu ući u vodljivi pojas, a pod djelovanjem jakog polja slobodni elektroni se ubrzavaju, uzrokujući sudaranje elektrona i ionizaciju. U to vrijeme, zbog povećanja struje, lokalna temperatura piezo kristala raste, uzrokujući da se piezo kristal djelomično rastali i uništi njegovu strukturu, tako da se svojstva piezo keramike degradiraju i na kraju dolazi do kvara.

Utjecaj polarizacijske temperature na piezoelektrična svojstva

Pod uvjetom E = 2,0 kV/mm i t = 15 min, T se mijenja da polarizira piezoelektričnu keramiku. Varijacija d33 i d33 počinje rasti brže. Nakon što je temperatura dosegla 130 °C, vrijednost d33 ostala je u osnovi nepromijenjena. To je zato što pri nižim temperaturama, kako se temperatura povećava, omjer osi piezo kristala postaje manji, aktivnost domene se povećava, a unutarnje naprezanje uzrokovano upravljanjem domena od 90° postaje manje, to jest, utječe na upravljanje domene. Otpor je mali, a domene se lako orijentiraju pa je polarizaciju lakše izvesti. Kada T dosegne 130 °C, većina piezoelektričnih domena je okrenuta i upravljanje je zasićeno, tako da se vrijednost d33 ne mijenja.

Polarizacijski uvjeti imaju velik utjecaj na performanse piezoelektrične keramike, a polarizacijsko električno polje je glavni čimbenik u polarizacijskim uvjetima. Teoretski, kada primijenjeno električno polje premašuje jakost koercitivnog polja, većinu domena treba okrenuti i polarizirati, preurediti i potpuno polarizirati, ali pod takvim električnim poljem, čak i ako je polarizirano dugo vremena, to se ne može postići. Bolja piezoelektrična svojstva. Kako bi se piezoelektrična svojstva materijala u potpunosti ispoljila, električno polje mora se dodati jakosti polja zasićenja, koja je 3 do 4 puta veća od jakosti koercitivnog polja. Stoga je koercitivno električno polje donja granica električnog polja odabranog tijekom polarizacije, a jakost polja zasićenja Može se smatrati da je gornja granica jakosti polja odabrana u trenutku polarizacije, a ako se prekorači jakost polja zasićenja, lako se pronalazi slom. Nakon sveobuhvatnog razmatranja, određeni su optimalni parametri procesa polarizacije 6,5 MHz piezoelektričnog keramičkog filtra: jakost polarizacijskog električnog polja je 2,2 kV/mm, a polarizacijska temperatura je 130 °C. Na temelju toga se određuje pol. Vrijeme je 15 min. Eksperimentalni rezultati pokazuju da kada vrijeme polarizacije prelazi 15 minuta, učinak na piezoelektričnu izvedbu nije očit. U eksperimentu je također utvrđeno da uporaba srebrne paste za niske temperature vodljive paste umjesto uobičajeno korištene srebrne paste za visoke temperature u procesu sinteriranja srebra može do određene mjere poboljšati piezoelektrična i mehanička svojstva keramičke ploče, ali je snaga lijepljenja manja, a cijena viša. Visoka i nepogodna za industrijsku proizvodnju. U eksperimentu procesa pečenja, utvrđeno je da piezo keramička ploča ima temperaturu veću od 1 250 °C i vrijeme zadržavanja duže od 2 sata je sklona kvaru tijekom polarizacije, što je rezultiralo povećanjem pukotina. To je zato što što je viša temperatura pečenja i duže vrijeme držanja, dolazi do jače kristalizacije, tako da manja zrna postaju velika zrna, što obično dovodi do povećanja poroznosti keramike i smanjenja gustoće keramike. Smanjuje mehaničku čvrstoću i dielektričnu konstantu, a u isto vrijeme smanjuje mehanički faktor kvalitete piezo keramike.

 Kada primopredaja stigne, primopredaja se ovjerava. Ako je uspješan, resursi dodijeljeni u pripremnoj fazi predaju se modulu za pristup protokolu i upućuje se poziv upravljanju. U ovom trenutku kontrola poziva smatra poziv normalnim terminalskim pozivom. Kada modul za pristup protokolu javi HOM-u da je terminal stvarno pristupio poruci, može se smatrati da je sklopka u stabilnom stanju. Ako terminal koji je uključen zahtijeva druge primopredaje, kao što je interna primopredaja ili naknadni primopredaja, to se može dovršiti prema opisu funkcije HO. Treba istaknuti da promijenjeni OT krajevi nemaju nikakve veze s OT krajevima poziva. T kraj i O kraj poziva mogu biti promijenjeni O kraj ili promijenjeni T kraj. Nakon istraživanja o GSM i UMTS primopredaji, ako postoje GSM i UMTS primopredaje u mobilnom softswitchu, postoje mnoge sličnosti između procesa signalizacije i kontrole medija, posebno poruka primopredaje BSSAP-a i RANAP-a. U procesu projektiranja stroja stanja, razmatra se implementacija spajanja dvaju protokola i konačno usvajanje sheme implementacije razdvajanja. Proces signaliziranja jednog protokola u primopredaji nije kompliciran, a složenost primopredaje uglavnom dolazi od suradnje protokola na više različitih sučelja. Spajanje poruka povezanih s primopredajom u dva protokola aplikacijskog dijela podsustava bazne stanice (BSSAP) i aplikacijskog dijela radijske pristupne mreže (RANAP) ne može se uvelike pojednostaviti za dizajn stroja stanja primopredaje, a bit će i za BSSAP. Dizajn prilagođen protokolu RANAP dodaje složenost. Osim toga, spajanje će rezultirati redundantnošću poruka i parametara ili gubitkom funkcionalnosti.