Gelung Polarisasi Piezoelektrik dan Histeresis

Polarisasi seramik piezoelektrik

 

Sebelum bahan seramik piezoelektrik tidak terpolarisasi, elektron bebas disusun dalam gangguan; selepas rawatan polarisasi, polarisasi remanen dijana sepanjang arah polarisasi untuk menjadi polikristal anisotropik, elektron bebas cenderung konsisten, dan piezoelektrik sangat dipertingkatkan. Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1 dan Rajah 2, bahan seramik piezoelektrik boleh dijadikan bentuk dan arah polarisasi. The bahan seramik piezoelektrik sebelum dan selepas polarisasi mempunyai pemalar dielektrik yang berbeza ε dan pemalar piezoelektrik d.

Tetapkan pemalar dielektrik sebelum polarisasi: ε 11 = ε 22 = ε 33. Jika s terkutub sepanjang arah 3, dua muka elektrod yang lain berserenjang dengan arah polarisasi. Pemalar dielektrik selepas polarisasi: ε 11 = ε 22 ≠ ε 33, dan nilai ε 33 adalah lebih besar daripada ε11.

Pemalar piezoelektrik seramik piezoelektrik juga adalah anisotropik, dan nilai pemalar piezoelektrik d sepanjang arah yang berbeza juga berbeza. Antaranya nilai sepanjang arah 3 adalah besar iaitu d 33 >>d 31 dan d 32 . Jika diukur dengan galvanometer, hanya terdapat arus dalam d33, dan tiada arus dijana dalam dua arah yang lain. Polarisasi seramik piezoelektrik sangat serupa dengan magnetisasi magnet, dan kekuatan medan magnet akan berubah dengan banyak sebelum dan selepas magnetisasi.

 

Litar histerisis seramik piezoelektrik

Sfera seramik piezoelektrik adalah polihablur, dan apabila suhunya lebih tinggi daripada suhu Curie Tc, ia adalah kekisi padu; apabila suhunya di bawah suhu Curie Tc, ia adalah kekisi tetragon dan mempunyai piezoelektrik. Fenomena bahawa bahan piezoelektrik boleh mengubah struktur dalaman bahan pada suhu Tc dipanggil peralihan fasa keadaan pepejal, dan Tc dipanggil suhu peralihan fasa, juga dikenali sebagai suhu Curie. Bahan piezoelektrik yang berbeza mempunyai suhu Curie yang berbeza.

 

Sebagai contoh, suhu Curie Tc BaTiO3 ialah 120 ° C, dan PbTiO3 ialah 490 ° C. Apabila suhu meningkat kepada Tc, tiga panjang sisi sel unit padu adalah sama, iaitu: a = b = c, pada masa ini pusat cas terletak di tengah-tengah kubus, dan seramik piezoelektrik piezoelektrik. Apabila suhu lebih rendah daripada Tc, panjang tiga sisi sel unit tetragonal adalah tidak sama, iaitu: a = b

Ferroelektrik muncul apabila seramik piezoelektrik dipolarisasi. Selepas polarisasi kedua, lengkung gelung akan terbentuk, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3 [1].

Dalam rajah, Ps ialah polarisasi spontan; Pr ialah polarisasi kekal; Ec ialah kekuatan medan paksaan  .

Ia boleh dilihat daripada lengkung gelung histerisis selepas polarisasi bahawa ia sangat serupa dengan lengkung gelung histerisis, jadi seramik piezoelektrik juga dipanggil ferroelektrik. Selepas satu polarisasi, terdapat polarisasi kekal Pr, yang berubah sepanjang lengkung ini setiap kali selepas itu. Bahan piezoelektrik yang berbeza mempunyai gelung histerisis yang berbeza.

 

Medan elektrik berselang-seli digunakan pada badan seramik piezoelektrik, dan lengkung histeresis boleh diperhatikan secara langsung melalui osiloskop. Apabila medan elektrik meningkat kepada keamatan tertentu, keamatan polarisasi mencapai ketepuan. Antaranya, bahagian BC ialah peningkatan linear, Ps ialah keamatan polarisasi spontan, apabila medan elektrik adalah sifar, keamatan polarisasi tidak sama dengan sifar, dan P r ialah keamatan polarisasi remanen. Apabila medan elektrik dinaikkan secara terbalik kepada Ec, polarisasi adalah sifar. Oleh kerana titik Ec boleh menjadikan keamatan polarisasi seramik piezoelektrik sifar, Ec dipanggil kekuatan medan paksaan. Apabila medan elektrik meningkat dalam arah yang bertentangan, keamatan polarisasi juga meningkat dalam arah yang bertentangan. Apabila keamatan polarisasi terbalik mencapai tepu, dan kemudian mengurangkan medan elektrik terbalik, keamatan polarisasi akan berubah di sepanjang garisan HFC lengkung.

 

Proses polarisasi adalah proses yang sangat rumit. Bukan sahaja medan elektrik yang tinggi diperlukan semasa polarisasi, tetapi ketebalan yang berbeza memerlukan masa yang berbeza, dan kesan polarisasi terbaik mesti dicapai pada suhu yang agak tinggi. The bahan seramik piezoelektrik terpolarisasi akan kehilangan kesan polarisasi pada suhu tinggi tertentu, dan bahan piezoelektrik yang berbeza mempunyai suhu kegagalan yang berbeza, yang harus diberi perhatian apabila memilih bahan seramik piezoelektrik. Prestasi polarisasi seramik piezoelektrik, perbezaan prestasi antara bahan seramik piezoelektrik sebelum dan selepas polarisasi adalah sangat besar.