Principe en materiaalclassificatie van ultrasone piëzo-elektrische keramische transducers

Het principe van het piëzo-elektrische effect van een ultrasone piëzo-elektrische keramische plaat is dat als er druk wordt uitgeoefend op een piëzo-elektrisch materiaal, dit een potentiaalverschil zal genereren (het positieve piëzo-elektrische effect genoemd), en als er een spanning wordt aangelegd, het mechanische spanning zal genereren (het inverse piëzo-elektrische effect genoemd). piëzokeramische elementenring ). Als de druk hoogfrequente trillingen zijn, wordt er hoogfrequente stroom gegenereerd. Wanneer een hoogfrequent elektrisch signaal wordt toegepast op een piëzo-elektrisch keramiek, wordt een hoogfrequent akoestisch signaal (mechanische trilling) gegenereerd, wat we gewoonlijk een ultrasoon signaal noemen. Met andere woorden, piëzo-elektrische keramiek heeft de functie van conversie en omgekeerde conversie tussen mechanische energie en elektrische energie. Deze onderlinge relatie is zeer interessant.

Het is verdeeld in piëzo-elektrische keramische kristallen en ultrasone piëzokeramische elementen . Piëzo-elektrische kristallen verwijzen gewoonlijk naar piëzo-elektrische enkele kristallen, en piëzo-elektrische keramiek verwijst gewoonlijk naar piëzo-elektrische polykristallen. Piëzo-elektrische keramiek is een soort polykristallen die worden gevormd door het mengen, vormen en sinteren van grondstoffen op hoge temperatuur met de noodzakelijke componenten, evenals onregelmatige fijne deeltjes verkregen door vaste-fasereactie en sinteren tussen deeltjes. Piëzo-keramische platen met piëzo-elektrische eigenschappen worden piëzo-elektrische keramiek genoemd, wat eigenlijk ferro-elektrische piëzokeramiek is. De korrels van dit piëzokeramiek hebben ferro-elektrische domeinen. De ferro-elektrische domeinen zijn samengesteld uit 180 domeinen met anti-parallelle spontane polarisatierichtingen en 90 domeinen met loodrechte spontane polarisatierichtingen. Onder de voorwaarde van kunstmatige polarisatie (toepassing van een verbeterd elektrisch gelijkstroomveld) zijn deze domeinen perfect uitgelijnd in de richting van het externe elektrische veld, en blijft de resterende polarisatiesterkte behouden nadat het externe elektrische veld is verwijderd, zodat ze macroscopische piëzo-elektrische kenmerken hebben. Bijvoorbeeld bariumtitanaat Bt, loodzirkonaattitanaat PZT, gemodificeerd loodzirkonaattitanaat, loodmetaniobaat, lithiumloodniobaat, barium pbln, gemodificeerd loodtitanaat pt en dergelijke. De succesvolle ontwikkeling van dit PZT-materiaal heeft de verbetering en verbetering van de prestaties van verschillende piëzo-elektrische apparaten van akoestische ultrasone transducers en piëzo-elektrische sensoren bevorderd.

Het piëzo-elektrische effect van de ultrasone piëzo-elektrische keramische plaat betekent dat de structuur van sommige afzonderlijke piëzo- kristalmaterialen asymmetrische kenmerken heeft. Wanneer deze PZT-materialen worden onderworpen aan uitgeoefende spanning en spanning, zullen veranderingen (vervorming) in de interne roosterstructuur de originaliteit van de elektrische neutraliteit vernietigen. De macroscopische toestand genereert een gepolariseerd elektrisch veld (polarisatie), en het gegenereerde elektrische veld (polarisatie-intensiteit) is evenredig met de grootte van de spanning. Dit fenomeen wordt het positieve piëzo-elektrische effect genoemd, dat in 1880 door de gebroeders Curie werd ontdekt. ​​Later, in 1881, werd verder ontdekt dat dit monokristallijne materiaal ook een omgekeerd piëzo-elektrisch effect heeft. Wanneer een materiaal met een positief piëzo-elektrisch effect wordt blootgesteld aan een extern elektrisch veld, zullen er spanningen en spanningen worden gegenereerd, en de spanning is evenredig met de grootte van het externe elektrische veld. Piëzo-elektrisch effect is een kenmerk van de kristalstructuur, dat verband houdt met de asymmetrie van de kristalstructuur, en de omvang en aard van het piëzo-elektrische effect houdt verband met de richting van de aangelegde spanning of het elektrische veld ten opzichte van de kristalas. Er zijn verschillende enkele PZT hoogvermogen piëzo-keramische kristalmaterialen met piëzo-elektrische effecten, zoals natuurlijke kwartskristallen (SiO 2 ) en kunstmatige monokristallijne materialen zoals lithiumsulfaat (Li2SO4), lithiumniobaat (LiNbO3) en dergelijke.