Proses mekanisme fisik keramik piezoelektrik

Keramik piezoelektrik adalah film polikristalin dengan efek piezoelektrik, dan proses produksinya dinamai berdasarkan proses produksi serupa (penghancuran bahan mentah, pencetakan, sintering suhu tinggi). Beberapa kristal piezo anisotropik mengalami deformasi akibat gaya mekanis, menyebabkan partikel bermuatan relatif tergeser,Cakram keramik piezo bahan PZT menghasilkan muatan terikat positif dan negatif pada permukaan kristal piezo. Fenomena ini disebut efek piezoelektrik. Sifat kristal ini disebut piezoelektrik. Piezoelektrik ditemukan pada tahun 1880 oleh J. Curie dan P. Curie bersaudara. Beberapa bulan kemudian mereka secara eksperimental memverifikasi efek piezoelektrik terbalik, yaitu ketika tegangan diterapkan pada kristal piezo, kristal piezo akan mengalami deformasi geometris. Sebelum tahun 1940, hanya dua jenis feroelektrik yang diketahui (tidak hanya terpolarisasi secara spontan dalam kisaran suhu tertentu, tetapi juga polarisasi spontan kristal yang dapat diorientasikan kembali karena kekuatan medan eksternal): satu adalah sisa garam dan beberapa yang terkait erat dengan tartrat; salah satunya adalah kalium dihidrogen fosfat dan setaranya. Yang pertama memiliki sifat piezoelektrik pada suhu normal, dan memiliki nilai guna teknis, namun memiliki kelemahan yaitu mudah larut; yang terakhir memiliki piezoelektrik pada suhu rendah (kurang dari -14 C), dan nilai kegunaan tekniknya tidak besar. Barium titanat (BaTiO) ditemukan memiliki konstanta dielektrik tinggi yang tidak normal antara tahun 1942 dan 1945. Ia segera ditemukan sebagai piezoelektrik, dan penemuan keramik piezoelektrik BaTi O merupakan lompatan kuantum dalam bahan piezoelektrik. Sebelumnya hanya ada bahan kristal tunggal piezoelektrik, dan kemudian bahan polikristalin piezoelektrik, keramik piezoelektrik muncul dan banyak digunakan. Pada tahun 1947, Amerika Serikat menggunakan keramik BaTiO untuk membuat pickup fonograf. Jepang menggunakannya dua tahun lebih lambat dari Amerika Serikat. Kelemahan BaTiO adalah piezoelektriknya lebih lemah dibandingkan garam istirahat dan piezoelektriknya lebih besar dibandingkan kristal kuarsa piezo terhadap suhu. Pada tahun 1954, B. Jaffe dan yang lainnya menemukan sistem larutan padat piezoelektrik PbZrO-PbTiO (PZT), yang merupakan peristiwa penting yang membuat pembuatan perangkat di era BaTiO menjadi mustahil. Sejak itu, keramik piezoelektrik transparan PZT telah dikembangkan untuk memperluas penerapan keramik piezoelektrik pada bidang optik. Selama ini penerapan keramik piezoelektrik, mulai dari perkembangan alam semesta hingga kehidupan keluarga, sangatlah luas. Penelitian Tiongkok terhadap keramik piezoelektrik dimulai pada akhir 1950-an, sekitar 10 tahun lebih lambat dibandingkan penelitian di luar negeri. Saat ini, terdapat kekuatan yang cukup kuat dalam produksi percobaan dan produksi industri keramik piezoelektrik. Banyak materi yang telah mencapai atau mendekati tingkat internasional.

Mekanisme fisik piezoelektrik piezoceramic

Keramik piezoelektrik adalah polikristal yang sifat piezoelektriknya dapat dijelaskan dengan sifat piezoelektriknya kristal cakram piezoelektrik . Di bawah pengaruh gaya mekanik, momen dipol listrik total (polarisasi) berubah, menghasilkan fenomena piezoelektrik. Piezoelektrik erat kaitannya dengan polarisasi, deformasi.

Mekanisme polarisasi mikroskopis
Keadaan polarisasi adalah keadaan di mana medan listrik memberikan gaya perpindahan relatif pada titik bermuatan dielektrik dan keseimbangan sementara tarik-menarik antar muatan. Ada tiga mekanisme polarisasi utama.

(1) Polarisasi perpindahan elektron—Atom atau ion dielektrik tidak berimpit dengan pusat muatan negatif inti bermuatan positif dan elektron kulit akibat pengaruh gaya medan listrik.
(2) Polarisasi perpindahan Iong—ion positif dan negatif dielektrik dipindahkan secara relatif di bawah aksi gaya medan listrik, sehingga menghasilkan momen dipol listrik.
(3) Polarisasi orientasi—molekul polar yang membentuk dielektrik memiliki momen listrik intrinsik (inheren) tertentu. Akibat gerak termal, orientasinya tidak teratur, momen listrik totalnya nol. Ketika medan listrik diterapkan, arah medan listrik menjadi sejajar dan momen dipol listrik makroskopis muncul.
Untuk kristal anisotropik, hubungan antara polarisasi dan medan listrik

2. Efek piezoelektrik

(1) Efek piezoelektrik positif
Ketika Transduser keramik cakram peizoelektrik berubah bentuk oleh gaya eksternal, pusat muatan positif dan negatif relatif tergeser, dan muatan berlawanan dihasilkan pada beberapa permukaan yang sesuai, dan intensitas polarisasi terjadi. Fenomena tidak adanya medan listrik dan polarisasi akibat deformasi disebut efek piezoelektrik positif.

Untuk kristal anisotropik, tegangan diterapkan pada kristal piezoelektrik, dan kristal akan menunjukkan polarisasi proporsional dalam tiga arah X, Y, dan Z, yang masing-masing disebut konstanta tegangan piezoelektrik dan konstanta regangan piezoelektrik.

(2) Efek piezoelektrik terbalik
Ketika medan listrik diterapkan pada kristal, tidak hanya polarisasi tetapi juga deformasi yang dihasilkan, dan fenomena deformasi oleh medan listrik ini disebut efek piezoelektrik terbalik. Hal ini karena ketika kristal terkena medan listrik, tegangan (tegangan piezoelektrik) dihasilkan di dalam kristal, dan regangan piezoelektrik dihasilkan oleh tegangan.
.
3. Mekanisme pengaruh tekanan

Efek piezoelektrik pertama kali ditemukan pada kristal piezo. Sekarang kami menggunakan kristal bahan PZT sebagai model untuk menggambarkan mekanisme fisik efek piezoelektrik.

Ketika tidak ada tekanan yang diterapkan, pusat muatan positif dan negatif dari kristal piezo didistribusikan. Pada saat ini, pusat muatan positif dan negatif bertepatan, dan momen listrik total kristal piezo sama dengan nol, dan permukaan kristal tidak bermuatan (bukan piezoelektrik).

Ketika sensor tekanan diterapkan pada arah x, kristal material mengalami deformasi, dan pusat muatan positif dan negatif terpisah, yaitu dipol listrik berubah, sehingga terjadi akumulasi muatan pada bidang X.
Ketika tekanan diterapkan dalam arah sumbu Y, distribusi pusat muatan positif dan negatif kristal ditampilkan di sini, ketika momen dipol listrik total berubah dan menyebabkan akumulasi muatan pada bidang X yang berlawanan dengan bagian depan. Jelasnya, penggantian gaya tekan sebelumnya dengan gaya tarik menunjukkan bahwa tanda muatannya terbalik. Singkatnya, ketika sensor tekanan diterapkan pada kristal piezoelektrik, efek piezoelektrik dapat terjadi.