Proses mekanisme fizikal seramik piezoelektrik

Seramik piezoelektrik ialah filem polihabluran dengan kesan piezoelektrik, dan proses pengeluarannya dinamakan sempena proses pengeluarannya yang serupa (pelumutan bahan mentah, pengacuan, pensinteran suhu tinggi). Sesetengah hablur piezo anisotropik mengalami ubah bentuk di bawah daya mekanikal, menyebabkan zarah bercas menjadi agak tersesar,Cakera seramik piezo bahan PZT menghasilkan cas terikat positif dan negatif pada permukaan kristal piezo. Fenomena ini dipanggil kesan piezoelektrik. Sifat kristal ini dipanggil piezoelektrik. Piezoelektrik ditemui pada tahun 1880 oleh J. Curie dan P. Curie bersaudara. Beberapa bulan kemudian mereka secara eksperimen mengesahkan kesan piezoelektrik songsang, iaitu, apabila voltan digunakan pada kristal piezo, kristal piezo akan mengalami ubah bentuk geometri. Sebelum tahun 1940, hanya dua jenis feroelektrik yang diketahui (bukan sahaja terpolarisasi secara spontan dalam julat suhu tertentu, tetapi juga polarisasi spontan kristal yang boleh diorientasikan semula kerana kekuatan medan luaran): satu ialah garam selebihnya dan beberapa tartrat yang berkait rapat; satu ialah kalium dihidrogen fosfat dan setara dengannya. Yang pertama mempunyai piezoelektrik pada suhu biasa, dan mempunyai nilai penggunaan teknikal, tetapi mempunyai kelemahan iaitu mudah larut; yang kedua mempunyai piezoelektrik pada suhu rendah (kurang daripada -14 C), dan nilai penggunaan kejuruteraan tidak besar. Barium titanate (BaTiO) didapati mempunyai pemalar dielektrik yang luar biasa tinggi antara 1942 dan 1945. Tidak lama kemudian ia didapati sebagai piezoelektrik, dan penemuan seramik piezoelektrik BaTi O merupakan lonjakan kuantum dalam bahan piezoelektrik. Sebelum ini, hanya terdapat bahan kristal tunggal piezoelektrik, dan selepas itu bahan polihabluran piezoelektrik, seramik piezoelektrik muncul dan digunakan secara meluas. Pada tahun 1947, Amerika Syarikat menggunakan seramik BaTiO untuk membuat pikap untuk fonograf. Jepun menggunakannya dua tahun kemudian daripada Amerika Syarikat. BaTiO mempunyai kelemahan iaitu piezoelektrik lebih lemah daripada garam rehat dan piezoelektrik lebih besar daripada kristal kuarza piezo dengan suhu. Pada tahun 1954, B. Jaffe dan yang lain menemui sistem penyelesaian pepejal PbZrO-PbTiO (PZT) piezoelektrik, yang merupakan peristiwa membuat zaman yang menjadikannya mustahil untuk mengarang peranti dalam era BaTiO. Sejak itu, seramik piezoelektrik telus PZT telah dibangunkan untuk memanjangkan aplikasi seramik piezoelektrik ke bidang optik. Setakat ini, penggunaan seramik piezoelektrik, daripada perkembangan alam semesta kepada kehidupan keluarga, adalah sangat meluas. Penyelidikan China mengenai seramik piezoelektrik bermula pada akhir 1950-an, kira-kira 10 tahun kemudian daripada negara asing. Pada masa ini, terdapat kuasa yang agak kuat dalam pengeluaran percubaan dan pengeluaran industri seramik piezoelektrik. Banyak bahan telah mencapai atau hampir ke peringkat antarabangsa.

Mekanisme fizikal piezoelektrik piezoceramic

Seramik piezoelektrik ialah polikristal yang piezoelektriknya boleh dijelaskan oleh piezoelektrik hablur cakera piezoelektrik . Di bawah tindakan daya mekanikal, jumlah momen dipol elektrik (polarisasi) berubah, mengakibatkan fenomena piezoelektrik. Piezoelektrik berkait rapat dengan polarisasi, ubah bentuk.

Mekanisme mikroskopik polarisasi
Keadaan polarisasi ialah keadaan di mana medan elektrik mengenakan daya sesaran relatif pada titik bercas dielektrik dan keseimbangan sementara tarikan bersama antara cas. Terdapat tiga mekanisme polarisasi utama.

(1) Polarisasi anjakan elektron—Atom atau ion dielektrik tidak bertepatan dengan pusat cas negatif nukleus bercas positif dan elektron petala di bawah tindakan daya medan elektrik.
(2) Polarisasi anjakan Iong—ion positif dan negatif dielektrik secara relatifnya disesarkan di bawah tindakan daya medan elektrik, dengan itu menghasilkan momen dipol elektrik.
(3) Kepolarisasi orientasi—molekul kutub yang membentuk dielektrik mempunyai momen elektrik intrinsik (inheren) tertentu. Disebabkan oleh gerakan haba, orientasi tidak teratur, jumlah momen elektrik adalah sifar. Apabila medan elektrik digunakan, Arah medan elektrik dijajarkan dan momen dipol elektrik makroskopik muncul.
Untuk kristal anisotropik, hubungan antara polarisasi dan medan elektrik

2. Kesan piezoelektrik

(1) Kesan piezoelektrik positif
Apabila cakera peizoelektrik transduser seramik diubah bentuk oleh daya luaran, pusat cas positif dan negatif secara relatifnya disesarkan, dan cas bertentangan dijana pada beberapa muka yang sepadan, dan keamatan polarisasi berlaku. Fenomena tiada medan elektrik dan polarisasi melalui ubah bentuk ini dipanggil kesan piezoelektrik positif.

Untuk kristal anisotropik, tegasan dikenakan pada kristal piezo, dan kristal akan mempamerkan polarisasi berkadar dalam tiga arah X, Y, dan Z, yang masing-masing dipanggil pemalar tegasan piezoelektrik dan pemalar terikan piezoelektrik.

(2) Kesan piezoelektrik songsang
Apabila medan elektrik digunakan pada kristal, bukan sahaja polarisasi tetapi juga ubah bentuk dijana, dan fenomena ubah bentuk oleh medan elektrik ini dipanggil kesan piezoelektrik songsang. Ini kerana apabila kristal tertakluk kepada medan elektrik, tegasan (tegasan piezoelektrik) dijana di dalam kristal, dan terikan piezoelektrik dihasilkan oleh tegasan.
.
3. Mekanisme kesan tekanan

Kesan piezoelektrik pertama kali ditemui pada kristal piezo. Kini kami menggunakan kristal bahan PZT sebagai model untuk menggambarkan mekanisme fizikal kesan piezoelektrik.

Apabila tiada tekanan dikenakan, pusat cas positif dan negatif kristal piezo diedarkan. Pada masa ini, pusat cas positif dan negatif bertepatan, dan jumlah momen elektrik kristal piezo adalah sama dengan sifar, dan permukaan kristal tidak dicas (bukan piezoelektrik).

Apabila sensor tekanan digunakan dalam arah x, kristal bahan berubah bentuk, dan pusat cas positif dan negatif diasingkan, iaitu, dipol elektrik berubah, supaya pengumpulan cas berlaku pada satah X.
Apabila tekanan digunakan dalam arah paksi Y, taburan pusat cas positif dan negatif kristal ditunjukkan di sini, apabila jumlah momen dipol elektrik berubah dan menyebabkan pengumpulan cas pada satah X bertentangan dengan hadapan. Jelas sekali, ia menggantikan daya mampatan sebelumnya dengan daya tegangan menunjukkan bahawa tanda cas diterbalikkan. Ringkasnya, apabila penderia tekanan digunakan pada kristal piezoelektrik, kesan piezoelektrik mungkin disebabkan.