Kajian Proses Polarisasi Keramik Piezoelektrik PZT

Transduser kristal piezoelektrik banyak digunakan di bidang elektronik, cahaya, panas, dan akustik, dan telah menjadi bahan fungsional penting dalam industri pertahanan, industri sipil, dan kehidupan sehari-hari. Mereka adalah arah penelitian utama bahan fungsional saat ini. Saat ini, keramik piezoelektrik yang paling banyak digunakan masih berupa timbal zirkonat titanat (PZT) dan keramik terner atau kuaternernya. Proses polarisasi merupakan proses kunci dalam pembuatan perangkat keramik piezoelektrik. Proses polarisasi merupakan proses pergerakan dan perkembangan struktur domain pada keramik piezoelektrik. Keramik piezoelektrik adalah benda isotropik sebelum polarisasi buatan, dan tidak menunjukkan efek piezoelektrik secara eksternal; setelah polarisasi, mereka menjadi benda anisotropik karena polarisasi sisa, sehingga memiliki efek piezoelektrik. Sifat dielektrik dan elastis dari keramik piezoelektrik terpolarisasi berhubungan dengan derajat polarisasi. Untuk membuat keramik piezoelektrik memiliki derajat polarisasi yang tinggi dan memanfaatkan potensi sifat piezoelektriknya secara maksimal, maka perlu dilakukan kondisi polarisasi yang optimal, yaitu memilih kuat medan listrik (E) dan suhu polarisasi (T) yang sesuai untuk polarisasi. Dan waktu polarisasi (t). Ketiga kondisi proses polarisasi tersebut saling berkaitan. Jika medan listrik polarisasi lemah, dapat dikompensasi dengan menaikkan suhu dan memperpanjang waktu polarisasi; jika medan listrik kuat dan suhu tinggi, waktu polarisasi dapat dipersingkat. Namun ketiga kondisi polarisasi tersebut erat kaitannya dengan komposisi keramik piezoelektrik. Untuk bahan keramik piezoelektrik PZT, medan listrik koersifnya dikurangi. Metode tradisional adalah dengan menyesuaikan rasio zirkonium dan titanium. Semakin besar perbandingan zirkonium dan titanium maka medan listrik koersifnya semakin kecil sehingga medan listrik polarisasinya semakin kecil. Peningkatan rasio zirkonium terhadap titanium tidak secara signifikan meningkatkan kondisi proses polarisasi.

Dalam produksi dan penelitian ilmiah, oksida dan senyawa tertentu sering digunakan sebagai aditif jejak untuk meningkatkan kinerja bahan keramik piezoelektrik. Aditif jejak ini menggantikan posisi beberapa ion titanium dan ion zirkonium dalam PZT, yang membuat domain dalam butiran bergerak dengan mudah, yang menyebabkan pengurangan medan listrik koersif secara signifikan dan juga mengurangi tiga kondisi polarisasi. Mudah untuk terpolarisasi. Setelah percobaan berulang-ulang dalam jangka waktu yang lama, ditentukan bahwa filter keramik piezoelektrik 6,5 MHz terbuat dari PZT yang dimodifikasi dan komposisinya adalah Pb0. 90 Sr0. 05Mg0. 03Ba0. 02 (Zr0.53 Ti0.47 ) O3 +CeO2 + Setelah bahan baku keramik piezoelektrik dibakar terlebih dahulu, dibentuk, dibakar dan dipoles, terbentuklah piringan keramik piezo bulat berukuran 24 mm × 0,35 mm, dan setelah menjadi perak pada kedua sisi potongan keramik piezo bulat, dimasukkan ke dalam oven pada suhu 100 ° C. Panggang selama lebih dari 10 menit, dan lepaskan ubin dari lapisan perak. Kemudian pelat piezo perak ditempatkan dalam tungku kotak, dan suhu dinaikkan menjadi 100 °C pada suhu konstan 15 °C / 6 menit, dan suhu dinaikkan sebesar 0,5 °C. Suhu dinaikkan hingga suhu konstan 15 °C / 6 menit. Pada 400 °C, suhu dinaikkan menjadi 700 °C pada suhu konstan 20 °C / 6 menit. Setelah suhu konstan selama 20 menit, suhu diturunkan perlahan hingga di bawah 100 °C. Potongan porselen berlapis perak ditempatkan pada suhu kamar selama 12 jam, ditempatkan dalam penangas minyak silikon, dan diberi perlakuan polarisasi pada kondisi polarisasi yang berbeda. Sifat piezoelektrik dari tabung piezoelektrik tangensial diukur setelah didiamkan selama 24 jam.

Pengaruh Medan Listrik Terpolarisasi pada Sifat Piezoelektrik

Dalam proses polarisasi, medan listrik polarisasi merupakan kekuatan pendorong eksternal untuk mengarahkan domain. Dalam hal kekuatan medan saturasi material tidak terlampaui, semakin besar E, semakin besar efek orientasi penyelarasan domain, dan derajat polarisasi Semakin lengkap, semakin baik kinerja piezoelektrik. Elektron yang sulit untuk dibelokkan atau diorientasikan kembali pada tekanan rendah lebih rentan terhadap pembelokan atau reorientasi pada tekanan tinggi, sehingga membuat polarisasi menjadi lebih sempurna. Untuk domain inversi 180°, inversi domain tidak mengarahkan domain kebalikan melalui pergerakan lateral dinding domainnya, melainkan menumbuhkan banyak polarisasi di dekat elektroda di sepanjang tepi sampel di dalam domain inversi. Domain baru yang tajam dengan arah yang konsisten dengan arah medan listrik. Setelah nukleasi domain baru, domain tersebut bergerak maju di bawah pengaruh medan listrik dan menembus seluruh sampel. Ketika medan listrik ditingkatkan, domain baru muncul terus menerus, dan perkembangan maju menyebar ke seluruh domain terbalik. Akhirnya, domain kebalikannya menjadi sama dengan arah medan listrik luar, dan bergabung dengan domain isotropik yang berdekatan untuk membentuk volume yang lebih besar. Untuk domain 90°, dinding domain dapat bergerak kesamping, dan medan listrik kritis yang diperlukan untuk pergerakan lateral domain 90° lebih kecil dari medan listrik kritis yang diperlukan untuk inti domain baru berbentuk tajam, tetapi diperlukan pengarah domain 90° dan arah medan listrik eksternal. Konsisten membutuhkan medan listrik yang lebih besar, dan pengembangan domain barunya terutama bergantung pada medan listrik eksternal untuk mendorong pergerakan lateral dinding domain 90°. Pada kondisi t = 15 menit dan T = 130 °C, polarisasi potongan keramik piezoelektrik diubah sebesar E, dan konstanta piezoelektrik d33 diubah dengan E. Terlihat bahwa ketika E < 1,5 kV/mm, d33 meningkat perlahan seiring dengan peningkatan E; ketika E > 1.5 kV/mm, d33 meningkat dengan cepat seiring bertambahnya E, tetapi ketika E > 2.5 kV/ mm , d33 tiba-tiba turun dengan cepat. Hal ini karena ketika E < 1,5 kV/mm, polarisasi hanya dapat membuat material dengan mudah berubah ke orientasi domain 180° searah medan listrik luar, sehingga nilai d33 lebih rendah dan peningkatannya lebih lambat; bila E > 1.5 kV, medan listrik luar lebih besar dari medan listrik koersif bahan, sehingga domain 90° sulit untuk memutar bahan. yang cenderung searah dengan medan listrik luar, sehingga d33 meningkat dengan cepat; kuat medan listrik luar terus ditingkatkan, bila E > 2,0 kV/ At mm, putaran domain piezoelektrik pada material hampir selesai, sehingga peningkatan d33 cenderung lambat. Namun ketika E mencapai nilai tertentu (E > 2,5 kV/mm), elektron bebas pada keramik piezo mendapatkan lebih banyak energi dalam medan listrik dibandingkan energi yang hilang. Menurut teori tumbukan ionisasi, elektron bebas dapat muncul setelah setiap tumbukan. Akumulasi energi menyebabkan suhu lembaran keramik terus meningkat, kinerja piezoelektrik terus menurun, dan akhirnya terjadi kerusakan termal. Selain itu, ketika medan listrik yang diterapkan cukup tinggi, karena efek penerowongan mekanika kuantum, elektron pita terlarang dapat memasuki pita konduksi, dan di bawah pengaruh medan kuat, elektron bebas dipercepat, menyebabkan elektron bertabrakan dan terionisasi. Pada saat ini, karena meningkatnya arus, suhu lokal kristal piezo meningkat, menyebabkan kristal piezo meleleh sebagian dan menghancurkan strukturnya, sehingga sifat keramik piezo menurun, dan akhirnya terjadi kerusakan.

Pengaruh suhu polarisasi pada sifat piezoelektrik

Pada kondisi E = 2.0 kV/mm dan t = 15 menit, T diubah untuk mempolarisasi keramik piezoelektrik. Variasi d33 dan d33 mulai meningkat lebih cepat. Setelah suhu mencapai 130 °C, nilai d33 pada dasarnya tidak berubah. Hal ini karena pada suhu yang lebih rendah, dengan meningkatnya suhu, rasio sumbu kristal piezo menjadi lebih kecil, aktivitas domain meningkat, dan tegangan internal yang disebabkan oleh pengarah domain 90° menjadi lebih kecil, sehingga pengarah domain terpengaruh. Resistansinya kecil, dan domainnya mudah diorientasikan, sehingga polarisasi lebih mudah dilakukan. Ketika T mencapai 130 °C, sebagian besar domain piezoelektrik diputar dan kemudi jenuh, sehingga nilai d33 tidak berubah.

Kondisi polarisasi mempunyai pengaruh yang besar terhadap kinerja keramik piezoelektrik, dan medan listrik polarisasi merupakan faktor utama dalam kondisi polarisasi. Secara teoritis, ketika medan listrik yang diterapkan melebihi kuat medan koersif, sebagian besar domain harus diputar dan dipolarisasi, disusun ulang dan terpolarisasi penuh, tetapi di bawah medan listrik seperti itu, meskipun terpolarisasi dalam waktu lama, hal tersebut tidak dapat diperoleh. Sifat piezoelektrik yang lebih baik. Agar sifat piezoelektrik material dapat digunakan sepenuhnya, medan listrik harus ditambahkan pada kuat medan saturasi, yaitu 3 sampai 4 kali kuat medan koersif. Oleh karena itu, medan listrik koersif adalah batas bawah medan listrik yang dipilih selama polarisasi, dan kuat medan saturasi Dapat dianggap bahwa batas atas kuat medan dipilih pada saat polarisasi, dan jika kuat medan saturasi terlampaui, kerusakan mudah ditemukan. Setelah pertimbangan komprehensif, parameter proses polarisasi optimal dari filter keramik piezoelektrik 6,5 MHz ditentukan: kuat medan listrik polarisasi adalah 2,2 kV/mm, dan suhu polarisasi adalah 130 °C. Berdasarkan hal tersebut maka ditentukan tiangnya. Waktunya 15 menit. Hasil percobaan menunjukkan bahwa ketika waktu polarisasi melebihi 15 menit, pengaruhnya terhadap kinerja piezoelektrik tidak terlihat jelas. Percobaan juga menemukan bahwa penggunaan pasta perak konduktif suhu rendah sebagai pengganti pasta perak suhu tinggi yang umum digunakan dalam proses sintering perak dapat meningkatkan sifat piezoelektrik dan mekanik lembaran keramik sampai batas tertentu, namun kekuatan ikatannya lebih rendah dan biayanya lebih tinggi. Tinggi dan tidak cocok untuk produksi industri. Pada percobaan proses pembakaran, ditemukan bahwa lembaran keramik piezo yang mempunyai suhu lebih dari 1 250 ° C dan waktu penahanan lebih dari 2 jam rentan terhadap kerusakan selama polarisasi, sehingga mengakibatkan peningkatan retakan. Hal ini disebabkan karena semakin tinggi suhu pembakaran dan semakin lama waktu penahanan maka kristalisasi yang terjadi semakin parah sehingga butiran yang lebih kecil menjadi butiran yang besar biasanya menyebabkan porositas keramik meningkat dan kepadatan keramik menurun. Ini mengurangi kekuatan mekanik dan konstanta dielektrik, dan pada saat yang sama mengurangi faktor kualitas mekanik keramik piezo.

 Ketika serah terima tiba, serah terima tersebut diautentikasi. Jika berhasil, sumber daya yang dialokasikan pada tahap persiapan diserahkan ke modul akses protokol dan panggilan dimulai ke kontrol. Pada saat ini, kontrol panggilan menganggap panggilan tersebut sebagai panggilan terminal normal. Ketika modul akses protokol melaporkan ke HOM bahwa terminal telah benar-benar mengakses pesan tersebut, saklar dapat dianggap berada dalam keadaan stabil. Jika terminal yang dialihkan memerlukan serah terima lain, seperti serah terima internal atau serah terima berikutnya, maka dapat diselesaikan sesuai dengan deskripsi fungsi HO. Perlu diperhatikan bahwa peralihan ujung OT tidak ada hubungannya dengan ujung PL dari panggilan tersebut. Ujung T dan ujung O pada panggilan dapat berupa ujung O yang dialihkan atau ujung T yang dialihkan. Setelah dilakukan penelitian mengenai handover GSM dan UMTS, jika terdapat handover GSM dan UMTS pada softswitch mobile, terdapat banyak kesamaan antara proses pensinyalan dengan media kontrol, terutama pesan handover BSSAP dan RANAP. Dalam proses desain mesin negara, dipertimbangkan untuk menerapkan penggabungan kedua protokol, dan akhirnya mengadopsi skema implementasi pemisahan. Proses pensinyalan satu protokol dalam handover tidaklah rumit, dan kompleksitas handover terutama berasal dari kerja sama protokol pada beberapa antarmuka yang berbeda. Penggabungan pesan terkait serah terima dalam dua protokol Bagian Aplikasi Subsistem Stasiun Pangkalan (BSSAP) dan Bagian Aplikasi Jaringan Akses Radio (RANAP) tidak dapat disederhanakan secara signifikan untuk desain mesin status serah terima, dan juga untuk BSSAP. Desain yang disesuaikan dengan protokol RANAP menambah kompleksitas. Selain itu, fusi akan mengakibatkan redundansi pesan dan parameter atau hilangnya fungsionalitas.