Kajian Proses Polarisasi Seramik Piezoelektrik PZT

Transduser kristal piezoelektrik digunakan secara meluas dalam bidang elektronik, cahaya, haba, dan akustik, dan telah menjadi bahan berfungsi penting dalam industri pertahanan, industri awam, dan kehidupan seharian. Mereka adalah hala tuju penyelidikan utama bahan berfungsi semasa. Pada masa ini, seramik piezoelektrik yang paling banyak digunakan masih plumbum zirkonat titanat (PZT) dan seramik terner atau kuaternarinya. Proses polarisasi adalah proses utama dalam fabrikasi peranti seramik piezoelektrik. Proses polarisasi ialah proses pergerakan dan pembangunan struktur domain dalam seramik piezoelektrik. Seramik piezoelektrik ialah badan isotropik sebelum polarisasi tiruan, dan tidak mempamerkan kesan piezoelektrik secara luaran; selepas polarisasi, mereka menjadi badan anisotropik kerana polarisasi kekal, dengan itu mempunyai kesan piezoelektrik. Sifat dielektrik, dan keanjalan seramik piezoelektrik terpolarisasi berkaitan dengan tahap polarisasi. Untuk menjadikan seramik piezoelektrik mempunyai tahap polarisasi yang tinggi dan memberikan permainan penuh kepada potensi sifat piezoelektriknya, adalah perlu untuk menggunakan keadaan polarisasi optimum, iaitu, untuk memilih kekuatan medan elektrik polarisasi yang sesuai (E) dan suhu polarisasi (T). Dan masa polarisasi (t). Tiga syarat proses polarisasi adalah saling berkaitan. Jika medan elektrik polarisasi lemah, ia boleh dikompensasikan dengan meningkatkan suhu dan memanjangkan masa polarisasi; jika medan elektrik kuat dan suhu tinggi, masa polarisasi boleh dipendekkan. Walau bagaimanapun, tiga syarat polarisasi berkait rapat dengan komposisi seramik piezoelektrik. Untuk bahan seramik piezoelektrik PZT, medan elektrik paksaan dikurangkan. Kaedah tradisional adalah untuk menyesuaikan nisbah zirkonium kepada titanium. Semakin besar nisbah zirkonium kepada titanium, semakin kecil medan elektrik paksaan, supaya medan elektrik polarisasi lebih kecil. Ia meningkatkan nisbah zirkonium kepada titanium tidak meningkatkan keadaan proses polarisasi dengan ketara.

Dalam pengeluaran dan penyelidikan saintifik, oksida dan sebatian tertentu sering digunakan sebagai bahan tambahan surih untuk meningkatkan prestasi bahan seramik piezoelektrik. Aditif surih ini menggantikan kedudukan beberapa ion titanium dan ion zirkonium dalam PZT, yang menjadikan domain dalam butiran bergerak dengan mudah, yang membawa kepada pengurangan ketara medan elektrik paksaan dan juga mengurangkan tiga keadaan polarisasi. Mudah dipolarisasi. Selepas jangka masa panjang percubaan berulang, ditentukan bahawa penapis seramik piezoelektrik 6. 5 MHz diperbuat daripada PZT yang diubah suai dan komposisinya ialah Pb0. 90 Sr0. 05Mg0. 03Ba0. 02 (Zr0. 53 Ti0. 47 ) O3 +CeO2 + Selepas bahan mentah seramik piezoelektrik pra-dibakar, dibentuk, dibakar dan digilap, cakera seramik piezo bulat 24 mm × 0.35 mm terbentuk, dan selepas menjadi perak pada kedua-dua belah piezo bulat di atasnya, diletakkan seramik lebih daripada 0 ° C. 10 min, dan keluarkan jubin dari lapisan perak. Kemudian, plat piezo perak diletakkan di dalam relau kotak, dan suhu dinaikkan kepada 100 ° C pada suhu malar 15 ° C / 6 min, dan suhu dinaikkan pada 0.5 ° C. Suhu dinaikkan kepada suhu malar 15 ° C / 6 min. Pada 400 °C, suhu dinaikkan kepada 700 °C pada suhu malar 20 °C / 6 min. Selepas suhu malar selama 20 minit, suhu perlahan-lahan diturunkan ke bawah 100 °C. Kepingan porselin bersalut perak diletakkan pada suhu bilik selama 12 jam, diletakkan dalam mandi minyak silikon, dan tertakluk kepada rawatan polarisasi di bawah keadaan polarisasi yang berbeza. Sifat piezoelektrik bagi tiub piezoelektrik tangensial diukur selepas berdiri selama 24 jam.

Kesan Medan Elektrik Terkutub pada Sifat Piezoelektrik

Dalam proses polarisasi, medan elektrik polarisasi adalah daya penggerak luaran untuk mengemudi domain. Dalam kes tidak melebihi kekuatan medan tepu bahan, semakin besar E, semakin besar kesan orientasi penjajaran domain, dan tahap polarisasi Semakin lengkap, semakin baik prestasi piezoelektrik. Elektron yang sukar dipesongkan atau diorientasikan semula pada tekanan rendah lebih terdedah kepada pesongan atau orientasi semula di bawah tekanan tinggi, yang menjadikan polarisasi lebih lengkap. Untuk domain penyongsangan 180°, penyongsangan domain tidak mengemudi domain songsang melalui pergerakan sisi dinding domainnya, sebaliknya menumbuhkan banyak polarisasi berhampiran elektrod di sepanjang pinggir sampel di dalam domain penyongsangan. Domain baharu seperti tajam dengan arah yang konsisten dengan arah medan elektrik. Selepas nukleasi domain baru, ia maju di bawah tindakan medan elektrik dan menembusi keseluruhan sampel. Apabila medan elektrik dipertingkatkan, domain baharu muncul secara berterusan, dan pembangunan hadapan merambat ke seluruh domain terbalik. Akhir sekali, domain terbalik menjadi sama dengan arah medan elektrik luaran, dan bergabung dengan domain isotropik bersebelahan untuk membentuk volum yang lebih besar. Untuk domain 90°, dinding domain boleh bergerak ke sisi, dan medan elektrik kritikal yang diperlukan untuk pergerakan sisi domain 90° adalah lebih kecil daripada medan elektrik kritikal yang diperlukan untuk teras domain baharu berbentuk tajam, tetapi stereng domain 90° dan arah medan elektrik luaran diperlukan. Konsisten memerlukan medan elektrik yang lebih besar, dan pembangunan domain baharunya bergantung terutamanya pada medan elektrik luaran untuk menolak pergerakan sisi dinding domain 90°. Di bawah keadaan t = 15 min dan T = 130 °C, polarisasi kepingan seramik piezoelektrik diubah oleh E, dan pemalar piezoelektrik d33 berubah dengan E. Dapat dilihat bahawa apabila E < 1. 5 kV/mm, d33 meningkat secara perlahan dengan peningkatan E; apabila E > 1. 5 kV/mm, d33 meningkat dengan cepat dengan peningkatan E, tetapi apabila E > 2. 5 kV/ mm , d33 tiba-tiba turun dengan cepat. Ini kerana apabila E < 1. 5 kV/mm, polarisasi hanya boleh menjadikan bahan mudah bertukar kepada orientasi domain 180° ke arah medan elektrik luaran, jadi nilai d33 lebih rendah dan peningkatan lebih perlahan; apabila E > 1. 5 kV, medan elektrik luaran adalah lebih besar daripada medan elektrik paksaan bahan, supaya domain 90° yang sukar untuk memutar bahan.yang cenderung ke arah medan elektrik luaran, jadi d33 meningkat dengan cepat; terus meningkatkan kekuatan medan elektrik luaran, apabila E > 2. 0 kV/ Pada mm, domain piezoelektrik bertukar dalam bahan hampir lengkap, jadi peningkatan d33 cenderung menjadi perlahan. Tetapi apabila E mencapai nilai tertentu (E > 2. 5 kV/mm), elektron bebas dalam seramik piezo mendapat lebih banyak tenaga dalam medan elektrik daripada tenaga yang hilang. Menurut teori perlanggaran pengionan, elektron bebas boleh selepas setiap perlanggaran. Tenaga terkumpul menyebabkan suhu kepingan seramik meningkat secara berterusan, prestasi piezoelektrik secara berterusan terdegradasi, dan akhirnya kerosakan haba berlaku. Selain itu, apabila medan elektrik yang digunakan cukup tinggi, disebabkan oleh kesan terowong mekanik kuantum, elektron jalur terlarang boleh memasuki jalur pengaliran, dan di bawah tindakan medan kuat, elektron bebas dipercepatkan, menyebabkan elektron berlanggar dan mengion. Pada masa ini, disebabkan oleh peningkatan arus, suhu tempatan kristal piezo meningkat, menyebabkan kristal piezo mencairkan sebahagian dan memusnahkan strukturnya, supaya sifat seramik piezo terdegradasi, dan akhirnya pecahan berlaku.

Kesan suhu polarisasi pada sifat piezoelektrik

Di bawah keadaan E = 2. 0 kV/mm dan t = 15 min, T ditukar untuk mempolarisasi seramik piezoelektrik. Variasi d33 dan d33 mula meningkat dengan lebih pantas. Selepas suhu mencapai 130 °C, nilai d33 pada asasnya kekal tidak berubah. Ini kerana pada suhu yang lebih rendah, apabila suhu meningkat, nisbah paksi kristal piezo menjadi lebih kecil, aktiviti domain meningkat, dan tekanan dalaman yang disebabkan oleh stereng 90° domain menjadi lebih kecil, iaitu, stereng domain terjejas. Rintangan adalah kecil, dan domain mudah berorientasikan, jadi polarisasi lebih mudah dilakukan. Apabila T mencapai 130 °C, kebanyakan domain piezoelektrik diputar dan sterengnya tepu, jadi nilai d33 tidak berubah.

Keadaan polarisasi mempunyai pengaruh yang besar terhadap prestasi seramik piezoelektrik, dan medan elektrik polarisasi adalah faktor utama dalam keadaan polarisasi. Secara teorinya, apabila medan elektrik yang digunakan melebihi kekuatan medan paksaan, kebanyakan domain harus diputar dan dipolarisasi disusun semula dan terpolarisasi sepenuhnya, tetapi di bawah medan elektrik sedemikian, walaupun ia terpolarisasi untuk masa yang lama, ia tidak boleh diperolehi. Sifat piezoelektrik yang lebih baik. Untuk menjadikan sifat piezoelektrik bahan digunakan sepenuhnya, medan elektrik mesti ditambah kepada kekuatan medan tepu, iaitu 3 hingga 4 kali kekuatan medan paksaan. Oleh itu, medan elektrik paksaan adalah had bawah medan elektrik yang dipilih semasa polarisasi, dan kekuatan medan tepu Ia boleh dianggap bahawa had atas kekuatan medan dipilih pada masa polarisasi, dan jika kekuatan medan tepu melebihi, pecahan mudah dijumpai. Selepas pertimbangan menyeluruh, parameter proses polarisasi optimum penapis seramik piezoelektrik 6. 5 MHz ditentukan: kekuatan medan elektrik polarisasi ialah 2. 2 kV/mm, dan suhu polarisasi ialah 130 °C. Berdasarkan ini, tiang ditentukan. Masa ialah 15 min. Keputusan eksperimen menunjukkan bahawa apabila masa polarisasi melebihi 15 minit, kesan ke atas prestasi piezoelektrik tidak jelas. Ia juga didapati dalam eksperimen bahawa penggunaan pes perak konduktif suhu rendah dan bukannya pes perak suhu tinggi yang biasa digunakan dalam proses pensinteran perak boleh meningkatkan sifat piezoelektrik dan mekanikal lembaran seramik ke tahap tertentu, tetapi kekuatan ikatan lebih rendah dan kosnya lebih tinggi. Tinggi dan tidak sesuai untuk pengeluaran perindustrian. Dalam eksperimen proses pembakaran, didapati bahawa kepingan seramik piezo mempunyai suhu lebih daripada 1 250 ° C dan masa penahanan lebih daripada 2 jam terdedah kepada kerosakan semasa polarisasi, mengakibatkan peningkatan retakan. Ini kerana semakin tinggi suhu pembakaran dan semakin lama masa penahanan, semakin teruk penghabluran berlaku, sehingga butiran yang lebih kecil menjadi butiran besar, yang biasanya membawa kepada peningkatan keliangan seramik dan penurunan ketumpatan seramik. Ia mengurangkan kekuatan mekanikal dan pemalar dielektrik, dan pada masa yang sama mengurangkan faktor kualiti mekanikal seramik piezo.

 Apabila penyerahan tiba, penyerahan disahkan. Jika ia berjaya, sumber yang diperuntukkan dalam fasa penyediaan diserahkan kepada modul akses protokol dan panggilan dimulakan kepada kawalan. Pada masa ini, kawalan panggilan menganggap panggilan sebagai panggilan terminal biasa. Apabila modul akses protokol melaporkan kepada HOM bahawa terminal sebenarnya telah mengakses mesej, suis boleh dianggap berada dalam keadaan stabil. Jika terminal yang dihidupkan memerlukan penyerahan lain, seperti penyerahan dalaman atau penyerahan seterusnya, ia boleh dilengkapkan mengikut penerangan fungsi HO. Perlu ditegaskan bahawa hujung OT yang ditukar tiada kaitan dengan hujung OT panggilan. Hujung T dan hujung O bagi panggilan boleh menjadi hujung O yang ditukar atau hujung T bertukar. Selepas kajian mengenai penyerahan GSM dan UMTS, sekiranya terdapat penyerahan GSM dan UMTS dalam suis mudah alih, terdapat banyak persamaan antara proses isyarat dan kawalan media, terutamanya mesej penyerahan BSSAP dan RANAP. Dalam proses reka bentuk mesin keadaan, ia dianggap melaksanakan gabungan kedua-dua protokol, dan akhirnya menerima pakai skema pelaksanaan pemisahan. Proses isyarat bagi satu protokol dalam penyerahan tidak rumit, dan kerumitan penyerahan terutamanya datang daripada kerjasama protokol pada pelbagai antara muka yang berbeza. Gabungan mesej berkaitan penyerahan dalam dua protokol Bahagian Aplikasi Subsistem Stesen Pangkalan (BSSAP) dan Bahagian Aplikasi Rangkaian Akses Radio (RANAP) tidak boleh dipermudahkan dengan banyak untuk reka bentuk mesin keadaan penyerahan, dan juga untuk BSSAP. Reka bentuk yang disesuaikan dengan protokol RANAP menambah kerumitan. Selain itu, gabungan akan mengakibatkan lebihan mesej dan parameter atau kehilangan kefungsian.