Studie om polarisasjonsegenskaper til piezoelektrisk keramikk

Som et nytt materiale som har dukket opp de siste årene, piezoelektrisk keramikk er mye brukt i produksjon av elektroniske produkter og laboratorieforskning. Variasjonen av den dielektriske konstanten til piezoelektrisk keramikk er nært knyttet til dens strukturelle egenskaper og polarisasjonsmodus. Derfor har å studere egenskapene til polarisasjonsmodusen en høy referanse for en dypere forståelse og forskning på de nye materialene som piezoelektrisk keramikk. Polarisasjonsmodusen til piezoelektrisk keramikk ble analysert ved eksperimenter, og polarisasjonsmodusen til piezoelektrisk keramikk ble forutsagt under tilstanden til eksternt vekslende elektrisk felt. Det dielektriske spekteret ble målt med et elektrisk spektrometer, og den tidligere prediksjonen ble verifisert av det målende dielektriske spekteret og analysert.

Polarisering og dielektriske parametere av piezoelektriske keramiske krystaller er for det meste dielektriske krystaller, også kjent som dielektriske. Under påvirkning av et eksternt elektrisk felt vil dielektrikkerne reagere på det eksterne elektriske feltet på induktiv måte. En viss mengde ladning vises i kroppen eller på overflaten. Dette fenomenet kalles polarisering. Elektrodeisering er representert ved en makroskopisk polarisasjonsvektor P, som er lik vektorsummen av de elektriske dipolmomentene per volumenhet. Hvis like mange ladninger som etterlater en avstand under påvirkning av et elektrisk felt, som representerer det elektriske dipolmomentet til ladningssystemet, og retningen til l er rettet av den negative ladningen til den positive ladningen. Essensen av polariseringen av dielektrikumet i det eksterne elektriske feltet er at ladningen utgjør dielektrikumet som har en makroskopisk forskyvning under påvirkning av det eksterne elektriske feltet. Den positive ladningen vil bli forskjøvet langs kraftledningen, og den negative ladningen vil forskyve den omvendte kraftlinjen, det får dielektrikumet til å generere et makroelektrisk dipolmoment. Innenfor et visst område er polarisasjonen P proporsjonal med det eksterne elektriske feltet EP = ε0xE, og x kalles polarisasjonshastigheten. Fra den mikroskopiske mekanismeanalysen er det tre måter å generere dielektrisk polarisering på, nemlig elektronforskyvningspolarisering brukes til forskyvningspolarisering og orienteringspolarisering av polare molekyler.uavhengig av hvilken polarisasjon som faktisk skjer, kan resultatet tilskrives dannelsen av en elektrisk dipol i mediet, som kan karakteriseres av det elektriske molekylmomentet eller dipolatomet. Størrelsen på μ bestemmes ikke bare av det makroskopiske elektriske feltet E, men også av det elektriske feltet som genereres av de tilstøtende molekylene. Summen av de to kalles det effektive feltet Ei. I formelen μ = αEi kalles α polariserbarheten til et molekyl eller et atom, og det er en mikroskopisk fysisk størrelse som beskriver polarisasjonsegenskapene til et molekyl.

1.1 Elektronforskyvningspolarisering

Under påvirkning av et eksternt elektrisk felt vil elektronskyen i atomene og ionene som utgjør dielektrisket bli forvrengt, noe som får elektronskyen til å bevege seg i forhold til kjernen, og dermed generere et elektrisk dipolmoment. Denne polarisasjonen kalles forskyvningspolarisering av elektroner. Elektronforskyvningspolarisering er en form for polarisering som alle dielektrika har. Forskyvningspolarisasjonen til et elektron indikerer at på grunn av påvirkningen fra det eksterne elektriske feltet vil elektronet ha en viss sannsynlighet for å absorbere energi og gå over mellom de tilsvarende energinivåene. Siden de ytre elektronene er svakt bundet av atomer, er elektronforskyvningen av atomer hovedsakelig avledet fra valenselektroner. Elektronets forskyvningspolariserbarhet er representert ved αe, og det antas at molekylet som vurderes er en kule, som beregnes ved en punktladning sfære piezo keramisk modell og en sirkulær banemodell.

Ioneforskyvningspolarisering

Orienteringspolarisering av det iboende elektriske dipolmomentet

Hvis molekylet utgjør dielektrikumet som er et polart molekyl, hvis positive ladningssenter ikke sammenfaller med sentrum av den negative ladningen, har det et iboende elektrisk dipolmoment. I fravær av et eksternt elektrisk felt, siden det elektriske dipolmomentet til den termiske bevegelsen dielektriske molekyler av piezoelektrisk keramisk komponent er romlig forstyrret, sannsynligheten for å peke i alle retninger er den samme, og de molekylære elektriske dipolmomentene opphever hverandre. Derfor har dielektrikumet som helhet ikke noe elektrisk dipolmoment. Når et eksternt elektrisk felt påføres, påvirkes de positive og negative ladningene til den molekylære elektriske dipolen av den elektriske feltkraften, og det er en tendens til å peke mot retningen til det eksterne elektriske feltet, eller de må holdes i en stabil tilstand, slik at energien til systemet minimeres, og det er nødvendig å peke mot retningen til det eksterne elektriske feltet. Eller presesjon rundt et eksternt elektrisk felt. I følge statistisk teori er antallet partikler ved energi E proporsjonalt med e=-EkT. I henhold til dette kan polariserbarheten for orienteringspolariseringen til det dielektriske molekylet beregnes. Dd=μ2 .I 3kT-formelen er μ det molekylære iboende elektriske dipolmomentet, k er Boltzmann-konstanten, og T er temperaturen.

Den totale polariserbarheten α til molekylet kan betraktes som summen av polariserbarhetene til forskjellige mekanismer α = αe + αa + αd. Hvis antall molekyler per volumenhet er N, kan den makroskopiske polarisasjonsvektoren P korreleres med den mikroskopiske molekylære polariserbarheten α. P=NαEiP=ε0(εr-1)E=NαEi, så det effektive elektriske feltet Ei som oppfattes av hver molekylær polarisering i det dielektriske konstantmediet er forskjellig fra det makroskopiske gjennomsnittlige elektriske feltet E. For et molekyl påvirkes det ikke bare av E, men også av det elektriske feltet som genereres av andre polarisasjoner. Det er sett for seg at den undersøkte molekylmodellen er en kule, og radiusen til kulen er mye større enn avstanden mellom atomene. Påvirkningen av molekylær polarisering utenfor, den ultrasonisk piezoelektrisk transduser kan behandles som et kontinuerlig polarisert medium på en makroskopisk måte. Gradresponsene på endringen av det ytre feltet under polarisasjonen av mediet er representert ved relaksasjonstiden τ. Den fysiske betydningen av τ er å legge til et konstant elektrisk felt til dielektrikumet, fjerne det elektriske feltet etter at polarisasjonen er stabilisert, og passere tiden τ, polarisasjonen P . Summen av de elektriske dipolmomentvektorene i volumet reduseres til 1/e av den opprinnelige pm, dvs. P=Pmetτ. Siden det er relaksasjon i polarisasjonsprosessen, er D (forskyvningsvektor), P og E endringer ikke i fase. D, P vil ligge bak fasen til E. Det sinusformede elektriske vekselfeltet er representert ved et komplekst tall. For å måle det dielektriske spekteret til den piezoelektriske keramikken, i dette eksperimentet, plasseres en summer laget av piezoelektrisk keramikk mellom to sirkulære elektrodeplater, og vinkelfrekvensen legges til elektrodeplaten og sinusformet spenning på ω.