Kesan piezoelektrik seramik piezoelektrik

Apabila seramik piezoelektrik dipolarisasi, terdapat polarisasi medan sisa yang kuat di dalam bahan seramik. Apabila bahan seramik tertakluk kepada daya luaran, sempadan domain bergerak menyebabkan perubahan dalam keamatan polarisasi dan menghasilkan kesan piezoelektrik.

 Seramik piezoelektrik terpolarisasi mempunyai pekali piezoelektrik yang sangat tinggi, iaitu kira-kira beberapa ratus kali ganda daripada kristal kuarza, tetapi kekuatan mekanikal adalah lebih rendah daripada kristal kuarza.

Transduser plat piezoceramic ialah bahan seperti ferroelektrik, dan merupakan bahan piezoelektrik polihabluran buatan buatan yang mempunyai struktur domain yang serupa dengan struktur domain magnet bahan feromagnetik. Domain ialah kawasan di mana molekul terbentuk secara spontan. Ia mempunyai arah polarisasi tertentu, supaya medan elektrik tertentu wujud. Dengan ketiadaan medan elektrik luaran, domain individu diedarkan secara rawak pada kristal, dan kesan polarisasinya dibatalkan antara satu sama lain, jadi seramik piezoelektrik asal mempunyai polarisasi dalaman sifar.

Walau bagaimanapun, apabila voltmeter disambungkan kepada dua elektrod kepingan seramik untuk pengukuran, polarisasi yang wujud di dalam kepingan seramik tidak dapat diukur. Ini kerana polarisasi dalam lembaran piezoceramics sentiasa dinyatakan dalam bentuk momen dipol elektrik, iaitu cas terikat positif berlaku pada satu hujung seramik dan cas terikat negatif berlaku pada hujung yang lain. Disebabkan oleh tindakan cas terikat, cas dari luar diserap pada permukaan elektrod kepingan seramik. Caj percuma ini adalah sama dengan tanda caj terikat dalam kepingan seramik, yang bertindak untuk melindungi dan mengatasi kesan polarisasi dalam kepingan seramik pada dunia luar. Oleh itu, voltmeter tidak dapat mengukur tahap polarisasi dalam kepingan seramik.

Jika tekanan F selari dengan arah polarisasi dikenakan pada kepingan seramik, seperti yang ditunjukkan dalam rajah, kepingan seramik akan mengalami ubah bentuk mampatan (garis putus-putus dalam rajah), jarak antara cas terikat positif dan negatif dalam helaian menjadi lebih kecil, dan keamatan polarisasi juga berubah. Oleh itu, sebahagian daripada cas percuma yang asalnya terserap pada elektrod dilepaskan, dan fenomena cas berlaku. Apabila tekanan dikeluarkan, kepingan seramik kembali ke keadaan asalnya (ini adalah proses pengembangan), jarak antara cas positif dan negatif dalam filem menjadi lebih besar, dan keamatan polarisasi juga menjadi lebih besar, supaya beberapa cas percuma terserap pada elektrod dan fenomena pengecasan berlaku. Fenomena perubahan dari mekanikal kepada elektrik, atau dari mekanikal kepada elektrik, ia adalah kesan positif.

Begitu juga, jika medan elektrik dengan arah polarisasi yang sama bagi seramik piezo kuasa tinggi digunakan pada kepingan seramik, seperti yang ditunjukkan dalam rajah, kerana arah medan elektrik adalah sama dengan arah polarisasi, tindakan medan elektrik meningkatkan polarisasi. Pada masa ini, jarak antara caj terikat positif dan negatif dalam kepingan seramik juga meningkat, iaitu, kepingan seramik dipanjangkan dalam arah polarisasi (garisan patah dalam rajah). Begitu juga, jika arah medan elektrik yang digunakan adalah bertentangan dengan arah polarisasi, kepingan seramik dipendekkan ke arah polarisasi. Fenomena bertukar menjadi kesan mekanikal akibat kesan elektrik atau peralihan daripada tenaga elektrik kepada tenaga mekanikal adalah kesan piezoelektrik songsang.

   

Ia boleh dilihat bahawa seramik piezoelektrik mempunyai kesan piezoelektrik kerana polarisasi spontan di dalam seramik. Selepas polarisasi spontan tertakluk kepada proses polarisasi dan dipaksa untuk diselaraskan, polarisasi sisa hadir dalam seramik. Jika tindakan luaran (seperti tindakan tekanan atau medan elektrik) boleh mengubah polarisasi, seramik piezo akan mempunyai kesan piezoelektrik. Di samping itu, dapat dilihat bahawa caj terpolarisasi dalam seramik adalah caj terikat, ia tidak caj percuma, dan caj terikat ini tidak boleh bergerak bebas. Oleh itu, fenomena pelepasan atau pengecasan yang dihasilkan dalam seramik adalah disebabkan oleh perubahan polarisasi dalaman seramik, yang menyebabkan pelepasan atau penambahan cas percuma pada permukaan elektrod.

Apabila seramik piezoelektrik dikenakan daya Fz dalam arah polarisasi (arah Z) pada satah polarisasi (iaitu, daya berserenjang dengan satah polarisasi), maka pada dua satah polarisasi bersalut perak (atau emas), masing-masing cas positif dan negatif muncul, jumlah cas Qzz adalah berkadar dengan daya Fz, iaitu:

Bahan piezoelektrik:

Kristal piezoelektrik, seperti kuarza;
Seramik piezoelektrik, seperti barium titanat, plumbum zirkonat titanat, dll.;
Semikonduktor piezoelektrik seperti zink sulfida, telurida kadmium, dan seumpamanya.
        
Keperluan untuk sifat bahan piezoelektrik:

Kelebihan cemerlang jalur seramik piezoelektrik kristal kuarza adalah sangat stabil untuk prestasi, kekuatan mekanikal yang tinggi dan sifat penebat yang sangat baik. Walau bagaimanapun, bahan kuarza adalah mahal dan mempunyai pekali piezoelektrik yang jauh lebih rendah daripada seramik piezoelektrik. Oleh itu, ia biasanya hanya digunakan dalam instrumen atau penderia standard yang memerlukan keperluan yang lebih tinggi. Oleh kerana kuarza ialah kristal anisotropik, sifat fizikal (seperti keanjalan, kesan piezoelektrik, ciri suhu, dll.) wafer yang dipotong dalam arah yang berbeza sangat berbeza. Untuk mereka bentuk penderia kuarza, bentuk potongan kuarza dipilih dengan betul mengikut keperluan aplikasi yang berbeza.