Procesul mecanismului fizic ceramic piezoelectric

Ceramica piezoelectrică este o peliculă policristalină cu efect piezoelectric, iar procesul său de producție poartă numele după procesul de producție similar (pulverizare materie primă, turnare, sinterizare la temperatură înaltă). Unele cristale piezotrope anizotrope se deformează sub forța mecanică, determinând deplasarea relativă a particulelor încărcate,Discul piezo-ceramic din materialul PZT are ca rezultat sarcini legate pozitive și negative pe suprafața cristalului piezo-cristal. Acest fenomen se numește efect piezoelectric. Această proprietate a cristalului se numește piezoelectricitate. Piezoelectricitatea a fost descoperită în 1880 de frații J. Curie și P. Curie. Câteva luni mai târziu au verificat experimental efectul piezoelectric invers, adică atunci când o tensiune este aplicată cristalului piezo, cristalul piezo va suferi o deformare geometrică. Înainte de 1940 se cunoșteau doar două tipuri de feroelectrici (nu doar polarizați spontan într-un anumit interval de temperatură, ci și polarizarea spontană a cristalelor care pot fi reorientate datorită intensității câmpului extern): unul este restul de sare și un tartrat strâns înrudit; unul este fosfat dihidrogen de potasiu și echivalentul acestuia. Primul are piezoelectricitate la temperatura normala, si are valoare de utilizare tehnica, dar prezinta dezavantajul de a fi usor de dizolvat; acesta din urmă are piezoelectricitate la temperatură scăzută (sub -14 C), iar valoarea de utilizare a ingineriei nu este mare. S-a descoperit că titanatul de bariu (BaTiO) are o constantă dielectrică anormal de mare între 1942 și 1945. Curând s-a descoperit că este piezoelectric, iar descoperirea ceramicii piezoelectrice BaTi O a reprezentat un salt cuantic în materialele piezoelectrice. Anterior, exista doar un material monocristalin piezoelectric, iar ulterior un material policristalin piezoelectric, ceramica piezoelectrică a apărut și a fost utilizat pe scară largă. În 1947, Statele Unite au folosit ceramica BaTiO pentru a face pickup-uri pentru fonografe. Japonia l-a folosit cu doi ani mai târziu decât Statele Unite. BaTiO are dezavantajul că piezoelectricitatea este mai slabă decât sarea de repaus și piezoelectricitatea este mai mare decât cristalul de cuarț piezo cu temperatură. În 1954, B. Jaffe și alții au descoperit sistemul piezoelectric de soluție solidă PbZrO-PbTiO (PZT), care este un eveniment de epocă care a făcut imposibilă fabricarea dispozitivelor în era BaTiO. De atunci, ceramica piezoelectrică transparentă PZT a fost dezvoltată pentru a extinde aplicarea ceramicii piezoelectrice în domeniul opticii. Până acum, aplicarea ceramicii piezoelectrice, de la dezvoltarea universului până la viața familiei, este extrem de extinsă. Cercetările Chinei asupra ceramicii piezoelectrice au început la sfârșitul anilor 1950, cu aproximativ 10 ani mai târziu decât țările străine. În prezent, există forțe destul de puternice în producția de probă și producția industrială a ceramicii piezoelectrice. Multe materiale au ajuns sau sunt aproape de nivel internațional.

Mecanismul fizic al piezoelectricității piezoceramice

Ceramica piezoelectrică sunt policristale a căror piezoelectricitate poate fi explicată prin piezoelectricitatea discuri piezoelectrice cristal . Sub acțiunea forței mecanice, momentul dipolului electric total (polarizarea) se modifică, rezultând un fenomen piezoelectric. Piezoelectricitatea este strâns legată de polarizare, deformare.

Mecanismul microscopic de polarizare
Starea de polarizare este o stare în care câmpul electric exercită o forță relativă de deplasare asupra punctului încărcat al dielectricului și un echilibru temporar de atracție reciprocă între sarcini. Există trei mecanisme principale de polarizare.

(1) Polarizarea cu deplasarea electronilor - Atomul sau ionul unui dielectric nu coincide cu centrul de sarcină negativă al unui nucleu încărcat pozitiv și cu un electron de înveliș sub acțiunea unei forțe de câmp electric.
(2) Polarizare cu deplasare lungă - ionii pozitivi și negativi ai dielectricului sunt relativ deplasați sub acțiunea unei forțe de câmp electric, generând astfel un moment dipol electric.
(3) Polarizarea orientării — moleculele polare care alcătuiesc dielectricul au un anumit moment electric intrinsec (inerent). Din cauza mișcării termice, orientarea este dezordonată, momentul electric total este zero. Când se aplică un câmp electric, direcția câmpului electric este aliniată și apare un moment dipol electric macroscopic.
Pentru cristalele anizotrope, relația dintre polarizare și câmpul electric

2. Efect piezoelectric

(1) Efect piezoelectric pozitiv
Când Traductorul ceramic cu discuri peizoelectrice este deformat de o forță externă, centrele de sarcină pozitivă și negativă sunt relativ deplasate, iar sarcinile opuse sunt generate pe unele fețe corespunzătoare și are loc intensitatea polarizării. Acest fenomen de lipsă de câmp electric și polarizare prin deformare se numește efect piezoelectric pozitiv.

Pentru cristalele anizotrope, stresul este aplicat cristalului piezoelectric, iar cristalul va prezenta o polarizare proporțională în cele trei direcții ale lui X, Y și Z, care sunt numite constantă a tensiunii piezoelectrice și, respectiv, constantă a deformarii piezoelectrice.

(2) Efect piezoelectric invers
Când un câmp electric este aplicat cristalului, nu se generează doar polarizare, ci și deformare, iar acest fenomen de deformare de către câmpul electric se numește efect piezoelectric invers. Acest lucru se datorează faptului că atunci când cristalul este supus unui câmp electric, stresul (stresul piezoelectric) este generat în interiorul cristalului, iar deformarea piezoelectrică este generată de stres.
.
3. Mecanismul efectului presiunii

Efectul piezoelectric a fost descoperit pentru prima dată pe cristalele piezoelectrice. Acum folosim cristale de material PZT ca model pentru a ilustra mecanismul fizic al efectului piezoelectric.

Când nu se aplică nicio presiune, centrele de sarcină pozitivă și negativă ai cristalului piezo sunt distribuite. În acest moment, centrii de sarcină pozitiv și negativ coincid, iar momentul electric total al cristalului piezoelectric este egal cu zero, iar suprafața cristalului nu este încărcată (nu piezoelectrică).

Când senzorul de presiune este aplicat în direcția x, cristalul materialului este deformat, iar centrii de sarcină pozitiv și negativ sunt separați, adică dipolul electric se schimbă, astfel încât acumularea de sarcină are loc în planul X.
Când presiunea este aplicată în direcția axei Y, aici este prezentată distribuția centrelor de sarcină pozitivă și negativă ai cristalului, când momentul dipolului electric total se modifică și determină o acumulare de sarcină în planul X opus față. În mod evident, înlocuirea forței de compresiune anterioară cu o forță de tracțiune indică faptul că semnul sarcinii este inversat. Pe scurt, atunci când un senzor de presiune este aplicat unui cristal piezoelectric, poate fi cauzat un efect piezoelectric.