Berita

Anda di sini: Rumah / Berita / Dasar-dasar Keramik Piezoelektrik / Faktor kualitas mekanik keramik piezoelektrik Qm dan stabilitas suhunya

Faktor kualitas mekanik keramik piezoelektrik Qm dan stabilitas suhunya

Dilihat: 160 Penulis: Editor Situs Waktu Publikasi: 10-10-2019 Asal: Lokasi

Menanyakan

Keramik piezoelektrik telah menempati sebagian besar bidang material elektronik dan telah banyak digunakan. Untuk aplikasi keramik piezoelektrik yang berbeda, persyaratan parameter piezoelektrik juga berbeda. Misalnya, pada transduser daya - liter Pada trafo piezoelektrik, rasio peningkatan perangkat sebanding dengan faktor kualitas mekanik Qm bahan PZT. Bahan piezoelektrik dengan nilai Qm yang tinggi memiliki rasio boost yang tinggi dan efisiensi kerja yang meningkat, namun pada daerah temperatur rendah, nilai Qm mudah menurun. Akibatnya rasio boost berkurang, efisiensi kerja transformator berkurang, dan stabilitas kinerja terpengaruh. Bahan keramik piezoelektrik yang memiliki nilai Qm yang besar dan kestabilan suhu yang baik dapat menstabilkan kinerja perangkat dalam penerapan transduser daya. Untuk meningkatkan efisiensi kerja dan memperluas cakupan pekerjaan. Sebaliknya, jika ingin menambah bandwidth, Anda perlu menurunkan nilai Qm. Oleh karena itu, untuk memahami sifat fisik Qm, perlu ditelaah lebih lanjut faktor-faktor yang mempengaruhi kestabilan dan besaran suhu Qm. Dalam praktiknya, nilai Qm bahan piezoelektrik dapat disesuaikan, dan stabilitas suhu dapat ditingkatkan, sehingga memenuhi persyaratan berbeda dari bahan piezoelektrik. transduser cakram bulat piezo dan memperluas jangkauan aplikasi.

Sifat dan karakterisasi Qm

Nilai faktor kualitas mekanik Qm mencirikan energi yang dikonsumsi oleh benda piezoelektrik untuk mengatasi gesekan internal selama resonansi. Didefinisikan sebagai: Qm = 2π. Energi mekanik yang disimpan dalam vibrator selama resonansi beresonansi dengan energi kehilangan mekanis vibrator per minggu. Nilai faktor Qm mencerminkan hilangnya mekanis bahan piezoelektrik. Semakin kecil kerugian mekanis maka semakin besar nilai Qm. Saat menghitung nilai Qm bahan, rumus perkiraan berikut digunakan untuk diagram rangkaian ekuivalen vibrator piezoelektrik:
Qm = 1/ 4π( C0 + C1) R1Δf ,

Dimana C0 adalah kapasitansi statis dari batang kuarsa kristal piezoceramic , R1 adalah resistansi setara resonansi vibrator, C1 adalah kapasitansi dinamis vibrator, dan f adalah perbedaan antara frekuensi resonansi fr vibrator dan frekuensi antiresonansi fa. Umumnya metode saluran transmisi yang digunakan. Δf, R1, dll diperoleh, dan kemudian Qm dihitung. Dari fungsi energi bebas termodinamika, sumber fisik nilai Qm dibahas, dan rumus diturunkan: dan nilai Q-1m diverifikasi secara eksperimental agar sebanding dengan kerugian dielektrik. Selain itu, pada percobaan atas dasar tersebut, nilai Qm dinyatakan secara kuantitatif sebagai fungsi dari besaran muatan ruang dan resistivitas volume, sehingga diperoleh rumus empiris: Qm = (800 lgρ - 7 500) { ( Ps - Pi) / Ps - 0. 2} + 250. Dimana ρ adalah resistivitas bulk material, Ps adalah nilai polarisasi saturasi, dan Pi adalah nilai polarisasi yang ditentukan pada loop histeresis diperoleh segera setelah medan listrik bolak-balik diterapkan, ( Ps - Pi) / Ps adalah ekuivalen dan besarnya muatan ruang. Kapan ( Ps - Pi) / Ps ≥0. 2 , ρ ≥109Ω·cm, sesuai dengan hasil eksperimen. Baik secara teoritis maupun eksperimental, esensi dan karakterisasi Qm telah dilakukan. Diskusi mendalam. Hal ini membantu kita untuk mempelajari lebih lanjut ukuran Qm dan stabilitas suhunya.

Pengukuran untuk meningkatkan nilai Qm dan stabilitas suhu

Sesuaikan rasio material

Sejak tahun 1960an, berdasarkan bahan keramik piezoelektrik PZT, bahan keramik piezoelektrik terner dan kuaterner telah dikembangkan dan dipelajari. Ditemukan bahwa material multi-komponen tidak hanya dapat memperoleh tekanan yang unggul. Sifat listrik dan stabilitas suhu lebih baik. Bahan keramik berbasis PZT pada batas kuasi homofase, karena adanya zona transisi fase tetragonal feroelektrik ke transisi fase tripartit feroelektrik, relaksasi struktur kisi, polarisasi spontan mudah untuk mengubah aktivitas piezoelektrik pada saat yang sama, kerugian mekanis meningkat, nilai Qm kecil dan kestabilan kurang baik. Oleh karena itu, rasio material yang berbeda dapat dipilih sesuai dengan kebutuhan berbagai perangkat piezoelektrik. Misalnya, material yang membutuhkan Qm tinggi dipilih untuk ditinggalkan. Untuk formulasi material pada batas, jika diperlukan stabilitas suhu Qm, maka perlu memilih rumus material pada daerah fasa dekat batas fasa kuasi-homogen.

Modifikasi doping
Selain mengubah rasio sistem biner, terner, dan kuaterner, nilai Qm Cakram keramik piezo material PZT dapat ditingkatkan sampai batas tertentu, dan doping pada komponen utama material dapat lebih meningkatkan sifat material, termasuk besaran dan stabilitas suhu nilai Qm. Pada kajian sifat piezoelektrik bahan PZT keras dengan doping mangan ditemukan bahwa Mn dapat menyesuaikan nilai Qm akibat adanya perubahan valensi pada Mn. Selain itu, dalam sistem kuaterner Pb ( Mg1/ 3Nb2/ 3) (Mn1/ 3Nb2/ 3) bahan piezoelektrik TiZrO3 didoping dengan CeO2 dalam jumlah tertentu, dan deviasi relatif maksimum Qm dapat diperoleh pada kisaran -20-55 °C (relatif terhadap nilai Qm pada 25 °C) | δ( Qm) m | menurun dari 42 % menjadi 33 %; offset relatif maksimum dari formulasi tertentu hampir tidak berubah ketika Sr didoping. Doping pada bahan Pb (Mn1/ 3Sb2/ 3) O3 Sn meningkatkan stabilitas suhu rendah Qm. Ada dua argumen doping yang menjelaskan stabilitas suhu Qm. Dikatakan bahwa penurunan sifat kelistrikan bahan piezoelektrik seringkali disebabkan oleh adanya retakan mikro di dalam bahan tersebut. Disebabkan oleh pertumbuhan. Setelah doping memasuki kisi kristal, tegangan tekan internal dihasilkan, yang menghambat pertumbuhan retakan mikro sampai batas tertentu. Untuk menghindari peningkatan ketahanan resonansi material dan memastikan stabilitas suhu Qm. Cara lain untuk mengatakan bahwa struktur bahan perubahan doping mencakup ukuran butir, kondisi batas butir, konstanta kisi, kepadatan, dll., yang menghasilkan sifat fisik makroskopis. sehingga meningkatkan variasi suhu nilai Qm. Biasanya menambahkan bahan tambahan keras seperti Eu, Yb, Al2O3, MgO, dll untuk meningkatkan nilai Qm; sambil menambahkan aditif lunak seperti Nb2O5, La2O3, Ta2O5, dll., menurunkan nilai Qm, Dan stabilitas suhu nilai Qm lebih baik daripada doping keras.

Optimasi Proses
Proses preparasi bahan keramik piezo, terutama preparasi, kalsinasi, sintering dan polarisasi buatan serbuk, secara langsung mempengaruhi densitas, ukuran butir dan sifat piezoelektrik sampel. Saat ini, stabilitas suhu Qm ditingkatkan dari proses persiapan. Ada kesulitan tertentu, namun besar kecilnya Qm disesuaikan dari proses persiapan. Banyak peneliti telah terlibat. Misalnya, keramik TiZrO3 yang didoping ion Cr3 + Pb (Mn1/ 3Nb2 / 3) sangat sensitif terhadap suhu sintering, Ketika suhu sintering dinaikkan, sifat piezoelektriknya mengeras. Oleh karena itu, nilai Qm dapat dikontrol secara fleksibel dengan mengubah suhu sintering. Kawasaki membandingkan doping dengan sediaan bubuk konvensional dengan doping injeksi termal. Telah dibahas bahwa beberapa ion pengotor seperti Fe3+ akan meningkatkan nilai Qm dengan metode injeksi termal, sedangkan beberapa ion seperti Cr3+ menurunkan nilai Qm. Proses tersebut dioptimalkan untuk menghasilkan material keramik dengan performa prima, yaitu menyesuaikan nilai Qm.

Secara teoritis, rasio material dan modifikasi doping dipelajari. Dalam prakteknya perbaikan proses adalah dengan mengatur nilai Qm bahan keramik piezoelektrik dan meningkatkan kestabilan temperatur, sehingga bahan keramik piezoelektrik dapat diperoleh lebih luas. Metode penerapan yang efektif.