Zasada i klasyfikacja materiałów ultradźwiękowego piezoelektrycznego przetwornika ceramicznego

Zasada efektu piezoelektrycznego ultradźwiękowej piezoelektrycznej płyty ceramicznej polega na tym, że jeśli na materiał piezoelektryczny zostanie przyłożony nacisk, wygeneruje to różnicę potencjałów (zwaną dodatnim efektem piezoelektrycznym), a jeśli przyłożone zostanie napięcie, wygeneruje naprężenie mechaniczne (tzw. odwrotny efekt piezoelektryczny). pierścień z elementami piezoceramicznymi ). Jeśli ciśnienie jest wibracją o wysokiej częstotliwości, zostanie wygenerowany prąd o wysokiej częstotliwości. Po przyłożeniu sygnału elektrycznego o wysokiej częstotliwości do ceramiki piezoelektrycznej generowany jest sygnał akustyczny o wysokiej częstotliwości (wibracje mechaniczne), który zwykle nazywamy sygnałem ultradźwiękowym. Innymi słowy, ceramika piezoelektryczna pełni funkcję konwersji i odwrotnej konwersji energii mechanicznej na energię elektryczną. Ta wzajemna relacja jest bardzo interesująca.

Dzieli się na kryształy ceramiki piezoelektrycznej i ultradźwiękowe elementy piezoceramiczne . Kryształy piezoelektryczne zwykle odnoszą się do monokryształów piezoelektrycznych, a ceramika piezoelektryczna zwykle odnosi się do polikryształów piezoelektrycznych. Ceramika piezoelektryczna to rodzaj polikryształów, które powstają w wyniku mieszania, formowania i spiekania surowców wysokotemperaturowych z niezbędnymi składnikami, a także nieregularnych drobnych cząstek otrzymywanych w wyniku reakcji w fazie stałej i spiekania pomiędzy cząstkami. Płytki piezoelektryczne o właściwościach piezoelektrycznych nazywane są ceramiką piezoelektryczną, która w rzeczywistości jest piezoceramiką ferroelektryczną. Ziarna tego piezoceramiku mają domeny ferroelektryczne. Domeny ferroelektryczne składają się ze 180 domen o antyrównoległych kierunkach polaryzacji spontanicznej i 90 domen o prostopadłych kierunkach polaryzacji spontanicznej. W warunkach sztucznej polaryzacji (zastosowania wzmocnionego pola elektrycznego prądu stałego) domeny te są idealnie ustawione w kierunku zewnętrznego pola elektrycznego, a pozostała siła polaryzacji utrzymuje się po usunięciu zewnętrznego pola elektrycznego, dzięki czemu mają makroskopowe właściwości piezoelektryczne. Na przykład tytanian baru Bt, tytanian cyrkonianu ołowiu PZT, modyfikowany tytanian cyrkonianu ołowiu, metaniobian ołowiu, niobian litu i ołowiu bar pbln, modyfikowany tytanian ołowiu pt i tym podobne. Pomyślny rozwój tego materiału PZT przyczynił się do ulepszenia i poprawy wydajności różnych urządzeń piezoelektrycznych, akustycznych przetworników ultradźwiękowych i czujników piezoelektrycznych.

Efekt piezoelektryczny ultradźwiękowego piezoelektrycznego arkusza ceramicznego oznacza, że ​​struktura niektórych materiałów z pojedynczym kryształem piezoelektrycznym ma cechy asymetryczne. Kiedy te materiały PZT zostaną poddane przyłożonym naprężeniom i odkształceniom, zmiany (odkształcenia) w wewnętrznej strukturze sieci zniszczą oryginalność neutralności elektrycznej. Stan makroskopowy generuje spolaryzowane pole elektryczne (polaryzację), a generowane pole elektryczne (intensywność polaryzacji) jest proporcjonalne do wielkości odkształcenia. Zjawisko to nazywa się dodatnim efektem piezoelektrycznym i zostało odkryte przez braci Curie w 1880 r. Później, w 1881 r., odkryto, że ten materiał monokrystaliczny ma również odwrotny efekt piezoelektryczny. Kiedy materiał o dodatnim efekcie piezoelektrycznym zostanie poddany działaniu zewnętrznego pola elektrycznego, wygenerowane zostaną naprężenia i odkształcenia, a odkształcenie jest proporcjonalne do wielkości zewnętrznego pola elektrycznego. Efekt piezoelektryczny jest cechą struktury kryształu, która jest związana z asymetrią struktury kryształu, a wielkość i charakter efektu piezoelektrycznego są związane z kierunkiem przyłożonego naprężenia lub pola elektrycznego względem osi kryształu. Istnieje wiele pojedynczych PZT materiały z kryształów piezoceramicznych o dużej mocy i efektach piezoelektrycznych, takie jak naturalne kryształy kwarcu (SiO2) i sztuczne materiały monokrystaliczne, takie jak siarczan litu (Li2SO4), niobinian litu (LiNbO3) i tym podobne.