Piezoelektrisk polarisering og hystereseløkke

Polarisering av piezoelektrisk keramikk

 

Før piezoelektrisk keramisk materiale er ikke polarisert, de frie elektronene er ordnet i uorden; etter polarisasjonsbehandlingen genereres remanent polarisering langs polarisasjonsretningen for å bli en anisotropisk polykrystall, de frie elektronene har en tendens til å være konsistente, og piezoelektrisiteten er kraftig forbedret. Som vist i figur 1 og figur 2, kan piezoelektriske keramiske materialer lages til former og polarisasjonsretninger. De piezoelektriske keramiske materialer før og etter polarisering har forskjellig dielektrisk konstant ε og piezoelektrisk konstant d.

Sett dielektrisitetskonstanten før polarisering: ε 11 = ε 22 = ε 33. Hvis den s er polarisert langs retning 3, er de to andre elektrodeflatene vinkelrett på polarisasjonsretningen. Dielektrisitetskonstanten etter polarisering: ε 11 = ε 22 ≠ ε 33, og verdien av ε 33 er mye større enn for ε11.

Den piezoelektriske konstanten til piezoelektrisk keramikk er også anisotropisk, og verdien av den piezoelektriske konstanten d langs forskjellige retninger er også forskjellig. Blant dem er verdien langs retning 3 stor, det vil si d 33 >>d 31 og d 32 . Målt med galvanometer er det kun strøm i d33, og det genereres ingen strøm i de to andre retningene. Polariseringen av piezoelektrisk keramikk er veldig lik magnetiseringen av magneter, og magnetfeltstyrken vil endre seg mye før og etter magnetisering.

 

Hysteresekrets av piezoelektrisk keramikk

Piezoelektrisk keramikkkule er polykrystallinsk, og når temperaturen er høyere enn Curie-temperaturen Tc, er den et kubisk gitter; når temperaturen er under Curie-temperaturen Tc, er den et tetragonalt gitter og har piezoelektrisitet. Fenomenet at det piezoelektriske materialet kan endre den indre strukturen til materialet ved temperaturen Tc kalles faststofffaseovergang, og Tc kalles faseovergangstemperaturen, også kjent som Curie-temperaturen. Ulike piezoelektriske materialer har forskjellige Curie-temperaturer.

 

For eksempel er Curie-temperaturen Tc til BaTiO3 120 ° C, og den til PbTiO3 er 490 ° C. Når temperaturen stiger til Tc, er de tre sidelengdene til den kubiske enhetscellen like, det vil si: a = b = c, på dette tidspunktet er ladesenteret lokalisert i sentrum av kuben, og piezoelektrisk har ingen piezoelektrisk elektrisitet. Når temperaturen er lavere enn Tc, er lengdene på de tre sidene av den tetragonale enhetscellen ikke like, nemlig: a = b

Ferroelektrisitet vises når piezoelektrisk keramikk er polarisert. Etter den andre polarisasjonen vil det dannes en sløyfekurve, som vist i Fig. 3 [1].

I figuren er Ps den spontane polarisasjonen; Pr er den remanente polarisasjonen; Ec er tvangsfeltstyrken  .

Det kan sees fra hystereseløkkekurven etter polarisering at den er veldig lik hystereseløkkekurven, så piezoelektrisk keramikk kalles også ferroelektrisk. Etter en polarisering er det en remanent polarisering Pr, som endres langs denne kurven hver gang etterpå. Ulike piezoelektriske materialer har forskjellige hystereseløkker.

 

Et vekslende elektrisk felt påføres den piezoelektriske keramiske kroppen, og hysteresekurven kan observeres direkte gjennom et oscilloskop. Når det elektriske feltet øker til en viss intensitet, når polarisasjonsintensiteten metning. Blant dem er BC-seksjonen en lineær økning, Ps er den spontane polarisasjonsintensiteten, når det elektriske feltet er null, er polarisasjonsintensiteten ikke lik null, og P r er den remanente polarisasjonsintensiteten. Når det elektriske feltet økes omvendt til Ec, er polarisasjonen null. Siden Ec-punktet kan gjøre polarisasjonsintensiteten til piezoelektrisk keramikk null, kalles Ec den tvangsfeltstyrken. Når det elektriske feltet øker i motsatt retning, øker polarisasjonsintensiteten også i motsatt retning. Når den omvendte polarisasjonsintensiteten når metning, og deretter redusere det omvendte elektriske feltet, vil polarisasjonsintensiteten endres langs kurven HFC-linjen.

 

Polariseringsprosess er en veldig komplisert prosess. Ikke bare må et høyt elektrisk felt kreves under polarisering, men forskjellige tykkelser krever forskjellige tider, og den beste polarisasjonseffekten må oppnås ved en relativt høy temperatur. De polarisert piezoelektrisk keramisk materiale vil miste polarisasjonseffekten ved en viss høy temperatur, og forskjellige piezoelektriske materialer har forskjellige feiltemperaturer, noe som bør tas hensyn til når du velger piezoelektriske keramiske materialer. Polarisasjonsytelsen til piezoelektrisk keramikk, ytelsesforskjellen mellom piezoelektriske keramiske materialer før og etter polarisering er veldig stor.