Kajian tentang Ciri-ciri Polarisasi Seramik Piezoelektrik

Sebagai bahan baru yang telah muncul dalam beberapa tahun kebelakangan ini, seramik piezoelektrik digunakan secara meluas dalam pembuatan produk elektronik dan penyelidikan makmal. Variasi pemalar dielektrik seramik piezoelektrik berkait rapat dengan ciri-ciri struktur dan mod polarisasinya. Oleh itu, mengkaji ciri-ciri mod polarisasinya mempunyai rujukan yang tinggi untuk pemahaman dan penyelidikan yang lebih mendalam mengenai bahan baharu seperti seramik piezoelektrik. Mod polarisasi seramik piezoelektrik telah dianalisis oleh eksperimen, dan mod polarisasi seramik piezoelektrik telah diramalkan di bawah keadaan medan elektrik berselang-seli luaran. Spektrum dielektrik diukur oleh spektrometer elektrik, dan ramalan sebelumnya telah disahkan oleh spektrum dielektrik pengukur dan dianalisis.

Polarisasi dan parameter dielektrik bagi kristal seramik piezoelektrik kebanyakannya adalah kristal dielektrik, juga dikenali sebagai dielektrik. Di bawah tindakan medan elektrik luaran, dielektrik akan bertindak balas kepada medan elektrik luaran dengan cara induktif. Jumlah cas tertentu muncul di dalam badan atau di permukaan. Fenomena ini dipanggil polarisasi. Elektrodeisasi diwakili oleh vektor polarisasi makroskopik P, yang sama dengan jumlah vektor momen dipol elektrik per unit isipadu. Jika nombor yang sama mengecas yang meninggalkan jarak di bawah tindakan medan elektrik, yang mewakili momen dipol elektrik sistem cas, dan arah l diarahkan oleh cas negatif kepada cas positif. Intipati polarisasi dielektrik dalam medan elektrik luaran ialah cas membentuk dielektrik yang mempunyai anjakan makroskopik di bawah tindakan medan elektrik luaran. Caj positif akan disesarkan di sepanjang talian kuasa, dan cas negatif akan mengalihkan talian kuasa songsang, ia menyebabkan dielektrik menghasilkan momen dipol makro-elektrik. Dalam julat tertentu, polarisasi P adalah berkadar dengan medan elektrik luaran EP = ε0xE, dan x dipanggil kadar polarisasi. Daripada analisis mekanisme mikroskopik, terdapat tiga cara untuk menjana polarisasi dielektrik, iaitu polarisasi anjakan elektron digunakan untuk polarisasi anjakan dan polarisasi orientasi molekul polar. tanpa mengira polarisasi yang sebenarnya berlaku, hasilnya boleh dikaitkan dengan pembentukan dipol elektrik dalam medium, yang boleh dicirikan oleh atom dipole atau momen elektrik. Saiz μ ditentukan bukan sahaja oleh medan elektrik makroskopik E, tetapi juga oleh medan elektrik yang dihasilkan oleh molekul bersebelahan. Jumlah kedua-duanya dipanggil medan berkesan Ei. Dalam formula μ = αEi, α dipanggil kebolehpolaran molekul atau atom, dan ia adalah kuantiti fizik mikroskopik yang menerangkan ciri-ciri polarisasi molekul.

1.1 Polarisasi anjakan elektron

Di bawah tindakan medan elektrik luaran, awan elektron dalam atom dan ion yang membentuk dielektrik akan diherotkan, yang menyebabkan awan elektron bergerak relatif kepada nukleus, sekali gus menghasilkan momen dipol elektrik. Polarisasi ini dipanggil polarisasi anjakan elektron. Polarisasi anjakan elektron ialah satu bentuk polarisasi yang dimiliki oleh semua dielektrik. Polarisasi anjakan elektron menunjukkan bahawa disebabkan oleh pengaruh medan elektrik luaran, elektron akan mempunyai kebarangkalian tertentu untuk menyerap tenaga dan beralih antara tahap tenaga yang sepadan. Oleh kerana elektron luar terikat lemah oleh atom, anjakan elektron atom terutamanya diperoleh daripada elektron valens. Kebolehpolaran anjakan elektron diwakili oleh αe, dan diandaikan bahawa molekul yang dipertimbangkan adalah sfera, yang dikira dengan cas-titik. model seramik piezo sfera dan model orbit bulat.

Polarisasi anjakan ion

Polarisasi orientasi momen dipol elektrik intrinsik

Jika molekul itu membentuk dielektrik yang merupakan molekul polar, yang pusat cas positifnya tidak bertepatan dengan pusat cas negatif, ia mempunyai momen dipol elektrik yang wujud. Dengan ketiadaan medan elektrik luaran, kerana momen dipol elektrik bagi molekul dielektrik gerakan haba komponen seramik piezoelektrik bercelaru spatial, kebarangkalian menunjuk ke semua arah adalah sama, dan momen dipol elektrik molekul membatalkan satu sama lain. Oleh itu, dielektrik secara keseluruhannya tidak mempunyai momen dipol elektrik. Apabila medan elektrik luaran digunakan, caj positif dan negatif dipol elektrik molekul dipengaruhi oleh daya medan elektrik, dan terdapat kecenderungan untuk menunjuk ke arah medan elektrik luaran, atau ia mesti disimpan dalam keadaan stabil, supaya tenaga sistem diminimumkan, dan perlu menunjuk ke arah medan elektrik luaran. Atau precession sekitar medan elektrik luaran. Mengikut teori statistik, bilangan zarah pada tenaga E adalah berkadar dengan e=-EkT. Mengikut ini, kebolehpolaranαd polarisasi orientasi molekul dielektrik boleh dikira. Dd=μ2 .Dalam formula 3kT, μ ialah momen dipol elektrik intrinsik molekul, k ialah pemalar Boltzmann, dan T ialah suhu.

Jumlah kebolehpolaran α molekul boleh dianggap sebagai jumlah kebolehpolaran pelbagai mekanisme α = αe + αa + αd. Jika bilangan molekul per unit isipadu ialah N, vektor polarisasi makroskopik P boleh dikaitkan dengan kebolehpolaran molekul mikroskopik α. P=NαEiP=ε0(εr-1)E=NαEi, jadi medan elektrik berkesan Ei yang dirasakan oleh setiap polarisasi molekul dalam medium pemalar dielektrik adalah berbeza daripada medan elektrik purata makroskopik E. Untuk molekul, ia bukan sahaja dipengaruhi oleh E, tetapi juga oleh medan elektrik yang dihasilkan oleh polarisasi lain. Adalah dijangkakan bahawa model molekul yang diperiksa adalah sfera, dan jejari sfera adalah lebih besar daripada jarak atom. Pengaruh polarisasi molekul di luar, yang transduser piezoelektrik ultrasonik boleh dianggap sebagai medium terkutub berterusan dengan cara makroskopik. Tindak balas darjah kepada perubahan medan luaran semasa polarisasi medium diwakili oleh masa kelonggaran τ. Maksud fizikal τ ialah menambah medan elektrik malar kepada dielektrik, mengeluarkan medan elektrik selepas polarisasi distabilkan, dan melepasi masa τ, polarisasi P . Jumlah vektor momen dipol elektrik dalam isipadu dikurangkan kepada 1/e daripada pm asal, iaitu P=Pmetτ. Oleh kerana terdapat kelonggaran dalam proses polarisasi, D (vektor anjakan), perubahan P dan E tidak berada dalam fasa. D, P akan ketinggalan di belakang fasa E. Medan elektrik berselang-seli sinusoidal diwakili oleh nombor kompleks. Untuk mengukur spektrum dielektrik seramik piezoelektrik, dalam eksperimen ini, buzzer yang diperbuat daripada seramik piezoelektrik diletakkan di antara dua helaian elektrod bulat, dan frekuensi sudut ditambah pada kepingan elektrod dan voltan sinusoidal ω.