Prinsipp og materialklassifisering av ultrasonisk piezoelektrisk keramisk transduser

Prinsippet for den piezoelektriske effekten til en ultralyd piezoelektrisk keramisk plate er at hvis trykk påføres et piezoelektrisk materiale, vil det generere en potensiell forskjell (kalt den positive piezoelektriske effekten), og hvis en spenning påføres, vil den generere mekanisk spenning (kalt den inverse piezoelektriske effekten piezokeramiske elementer ring ). Hvis trykket er høyfrekvent vibrasjon, vil høyfrekvent strøm genereres. Når et høyfrekvent elektrisk signal påføres en piezoelektrisk keramikk, genereres et høyfrekvent akustisk signal (mekanisk vibrasjon), som er det vi vanligvis kaller et ultralydsignal. Med andre ord har piezoelektrisk keramikk funksjonen av konvertering og invers konvertering mellom mekanisk energi og elektrisk energi. Dette gjensidige forholdet er veldig interessant.

Den er delt inn i piezoelektriske keramiske krystaller og ultralyd piezokeramiske elementer . Piezoelektriske krystaller refererer vanligvis til piezoelektriske enkeltkrystaller, og piezoelektrisk keramikk refererer vanligvis til piezoelektriske polykrystaller. Piezoelektrisk keramikk er en type polykrystaller som dannes ved å blande, støpe og sintre høytemperaturråmaterialer med de nødvendige komponentene, samt uregelmessige fine partikler oppnådd ved fastfasereaksjon og sintring mellom partikler. Piezokeramiske plater med piezoelektriske egenskaper kalles piezoelektrisk keramikk, som egentlig er ferroelektrisk piezokeramikk. Kornene til denne piezokeramen har ferroelektriske domener. De ferroelektriske domenene er sammensatt av 180 domener med anti-parallelle spontane polarisasjonsretninger og 90 domener med vinkelrette spontane polarisasjonsretninger. Under betingelse av kunstig polarisering (påføring av forbedret DC elektrisk felt), er disse domenene perfekt justert i retning av det eksterne elektriske feltet, og den gjenværende polarisasjonsstyrken opprettholdes etter at det eksterne elektriske feltet er fjernet, slik at de har makroskopiske piezoelektriske egenskaper. For eksempel bariumtitanat Bt, blyzirkonattitanat PZT, modifisert blyzirkonattitanat, blymetaniobat, litiumblyniobatbarium pbln, modifisert blytitanat pt og lignende. Den vellykkede utviklingen av dette PZT-materialet har fremmet forbedring og forbedring av ytelsen til ulike piezoelektriske enheter av akustiske ultralydsvingere og piezoelektriske sensorer.

Den piezoelektriske effekten til det ultrasoniske piezoelektriske keramiske arket betyr at strukturen til enkelte piezokrystallmaterialer har asymmetriske egenskaper. Når disse PZT-materialene utsettes for påført spenning og tøyning, vil endringer (deformasjon) i den indre gitterstrukturen ødelegge originaliteten til den elektriske nøytraliteten. Den makroskopiske tilstanden genererer et polarisert elektrisk felt (polarisering), og det genererte elektriske feltet (polarisasjonsintensiteten) er proporsjonal med størrelsen på tøyningen. Dette fenomenet kalles den positive piezoelektriske effekten, som ble oppdaget av Curie-brødrene i 1880. Senere, i 1881, ble det videre oppdaget at dette enkrystallmaterialet også har en omvendt piezoelektrisk effekt. Når et materiale med positiv piezoelektrisk effekt utsettes for et eksternt elektrisk felt, vil spenning og tøyning genereres, og tøyningen er proporsjonal med størrelsen på det eksterne elektriske feltet. Piezoelektrisk effekt er et trekk ved krystallstrukturen, som er relatert til asymmetrien til krystallstrukturen, og størrelsen og arten av den piezoelektriske effekten er relatert til retningen til påført spenning eller elektrisk felt i forhold til krystallaksen. Det finnes en rekke enkelt PZT høyeffekt piezokeramiske krystallmaterialer med piezoelektriske effekter, slik som naturlig kvarts (SiO 2) krystaller og kunstige enkeltkrystallmaterialer, som litiumsulfat (Li2SO4), litiumniobat (LiNbO3) og lignende.