Prinsip dan Klasifikasi Bahan Transduser Keramik Piezoelektrik Ultrasonik

Prinsip efek piezoelektrik pada lembaran keramik piezoelektrik ultrasonik adalah jika tekanan diberikan pada bahan piezoelektrik, maka akan timbul beda potensial (disebut efek piezoelektrik positif), dan jika diberi tegangan maka akan timbul tegangan mekanis (disebut efek piezoelektrik terbalik). cincin elemen piezoceramic ). Jika tekanannya adalah getaran frekuensi tinggi, arus frekuensi tinggi akan dihasilkan. Ketika sinyal listrik frekuensi tinggi diterapkan pada keramik piezoelektrik, sinyal akustik frekuensi tinggi (getaran mekanis) dihasilkan, yang biasa kita sebut sinyal ultrasonik. Dengan kata lain keramik piezoelektrik mempunyai fungsi konversi dan konversi terbalik antara energi mekanik dan energi listrik. Hubungan timbal balik ini sangat menarik.

Ini dibagi menjadi kristal keramik piezoelektrik dan elemen piezoceramic ultrasonik . Kristal piezoelektrik biasanya mengacu pada kristal tunggal piezoelektrik, dan keramik piezoelektrik biasanya mengacu pada polikristal piezoelektrik. Keramik piezoelektrik adalah jenis polikristal yang dibentuk dengan mencampurkan, mencetak, dan menyinter bahan mentah bersuhu tinggi dengan komponen yang diperlukan, serta partikel halus tidak beraturan yang diperoleh melalui reaksi fase padat dan sintering antar partikel. Pelat keramik piezo dengan sifat piezoelektrik disebut keramik piezoelektrik, yang sebenarnya merupakan keramik piezoelektrik feroelektrik. Butir piezoceramic ini mempunyai domain feroelektrik. Domain feroelektrik terdiri dari 180 domain dengan arah polarisasi spontan antiparalel dan 90 domain dengan arah polarisasi spontan tegak lurus. Di bawah kondisi polarisasi buatan (penerapan medan listrik DC yang ditingkatkan), domain-domain ini sejajar sempurna dengan arah medan listrik eksternal, dan kekuatan polarisasi yang tersisa dipertahankan setelah medan listrik eksternal dihilangkan, sehingga memiliki karakteristik piezoelektrik makroskopis. Misalnya barium titanat Bt, timbal zirkonat titanat PZT, timbal zirkonat titanat termodifikasi, timbal metaniobate, timbal litium niobate barium pbln, timbal titanat termodifikasi pt, dan sejenisnya. Keberhasilan pengembangan bahan PZT ini telah mendorong peningkatan dan peningkatan kinerja berbagai perangkat piezoelektrik transduser ultrasonik akustik dan sensor piezoelektrik.

Efek piezoelektrik lembaran keramik piezoelektrik ultrasonik berarti bahwa struktur beberapa bahan kristal piezo tunggal memiliki karakteristik asimetris. Ketika bahan PZT ini terkena tegangan dan regangan, perubahan (deformasi) pada struktur kisi internal akan menghancurkan orisinalitas netralitas listrik. Keadaan makroskopis menghasilkan medan listrik terpolarisasi (polarisasi), dan medan listrik yang dihasilkan (intensitas polarisasi) sebanding dengan besarnya regangan. Fenomena ini dinamakan efek piezoelektrik positif yang ditemukan oleh Curie bersaudara pada tahun 1880. Kemudian pada tahun 1881 diketahui lebih lanjut bahwa bahan kristal tunggal ini juga mempunyai efek piezoelektrik terbalik. Ketika suatu bahan dengan efek piezoelektrik positif dikenai medan listrik luar, akan timbul tegangan dan regangan, dan regangan sebanding dengan besarnya medan listrik luar. Efek piezoelektrik adalah ciri struktur kristal, yang berkaitan dengan asimetri struktur kristal, dan besaran serta sifat efek piezoelektrik berkaitan dengan arah tegangan atau medan listrik yang diterapkan relatif terhadap sumbu kristal. Ada berbagai macam PZT tunggal bahan kristal keramik piezo berdaya tinggi dengan efek piezoelektrik, seperti kristal kuarsa alami (SiO 2) dan bahan kristal tunggal buatan, seperti litium sulfat (Li2SO4), litium niobate (LiNbO3), dan sejenisnya.