Prinsip dan Klasifikasi Bahan Transduser Seramik Piezoelektrik Ultrasonik

Prinsip kesan piezoelektrik kepingan seramik piezoelektrik ultrasonik ialah jika tekanan dikenakan pada bahan piezoelektrik, ia akan menghasilkan perbezaan potensi (dipanggil kesan piezoelektrik positif), dan jika voltan digunakan, ia akan menghasilkan tekanan mekanikal (dipanggil kesan piezoelektrik songsang. cincin unsur piezoceramic ). Jika tekanan adalah getaran frekuensi tinggi, arus frekuensi tinggi akan dihasilkan. Apabila isyarat elektrik frekuensi tinggi digunakan pada seramik piezoelektrik, isyarat akustik frekuensi tinggi (getaran mekanikal) dihasilkan, yang biasanya kita panggil isyarat ultrasonik. Dengan kata lain, seramik piezoelektrik mempunyai fungsi penukaran dan penukaran songsang antara tenaga mekanikal dan tenaga elektrik. Hubungan bersama ini sangat menarik.

Ia dibahagikan kepada kristal seramik piezoelektrik dan unsur piezoceramic ultrasonik . Kristal piezoelektrik biasanya merujuk kepada kristal tunggal piezoelektrik, dan seramik piezoelektrik biasanya merujuk kepada polikristal piezoelektrik. Seramik piezoelektrik ialah sejenis polihablur yang dibentuk dengan mencampurkan, membentuk dan mensinter bahan mentah suhu tinggi dengan komponen yang diperlukan, serta zarah halus tidak teratur yang diperolehi oleh tindak balas fasa pepejal dan pensinteran antara zarah. Plat seramik Piezo dengan sifat piezoelektrik dipanggil seramik piezoelektrik, yang sebenarnya piezoelektrik ferroelektrik. Butiran piezoceramic ini mempunyai domain ferroelektrik. Domain ferroelektrik terdiri daripada 180 domain dengan arah polarisasi spontan anti-selari dan 90 domain dengan arah polarisasi spontan berserenjang. Di bawah keadaan polarisasi buatan (penggunaan medan elektrik DC yang dipertingkatkan), domain ini diselaraskan dengan sempurna ke arah medan elektrik luaran, dan kekuatan polarisasi yang tinggal dikekalkan selepas medan elektrik luaran dikeluarkan, jadi mereka mempunyai ciri piezoelektrik makroskopik. Contohnya, barium titanate Bt, plumbum zirkonat titanat PZT, plumbum zirkonat titanat diubah suai, plumbum metaniobat, litium plumbum niobate barium pbln, plumbum titanat pt diubah suai, dan seumpamanya. Kejayaan pembangunan bahan PZT ini telah menggalakkan peningkatan dan peningkatan prestasi pelbagai peranti piezoelektrik transduser ultrasonik akustik dan sensor piezoelektrik.

Kesan piezoelektrik lembaran seramik piezoelektrik ultrasonik bermakna bahawa struktur beberapa bahan kristal piezo tunggal mempunyai ciri tidak simetri. Apabila bahan PZT ini dikenakan tegasan dan terikan, perubahan (ubah bentuk) dalam struktur kekisi dalaman akan memusnahkan keaslian neutraliti elektrik. Keadaan makroskopik menjana medan elektrik terpolarisasi (polarisasi), dan medan elektrik terjana (intensiti polarisasi) adalah berkadar dengan magnitud terikan. Fenomena ini dipanggil kesan piezoelektrik positif, yang ditemui oleh saudara Curie pada tahun 1880. Kemudian, pada tahun 1881, didapati lebih lanjut bahawa bahan kristal tunggal ini juga mempunyai kesan piezoelektrik terbalik. Apabila bahan dengan kesan piezoelektrik positif tertakluk kepada medan elektrik luaran, tegasan dan terikan akan dijana, dan terikan adalah berkadar dengan magnitud medan elektrik luaran. Kesan piezoelektrik adalah ciri struktur kristal, yang berkaitan dengan asimetri struktur kristal, dan magnitud dan sifat kesan piezoelektrik berkaitan dengan arah tegasan yang dikenakan atau medan elektrik berbanding dengan paksi kristal. Terdapat pelbagai PZT tunggal bahan kristal seramik piezo berkuasa tinggi dengan kesan piezoelektrik, seperti kristal kuarza semula jadi (SiO 2) dan bahan kristal tunggal tiruan, seperti litium sulfat (Li2SO4), litium niobate (LiNbO3), dan seumpamanya.