Studiu asupra caracteristicilor de polarizare ale ceramicii piezoelectrice

Ca material nou care a apărut în ultimii ani, Ceramica piezoelectrică este utilizată pe scară largă în fabricarea de produse electronice și cercetarea de laborator. Variația constantei dielectrice a ceramicii piezoelectrice este strâns legată de caracteristicile sale structurale și de modul de polarizare. Prin urmare, studierea caracteristicilor modului său de polarizare are o referință ridicată pentru o înțelegere mai profundă și cercetarea noilor materiale precum ceramica piezoelectrică. Modul de polarizare al ceramicii piezoelectrice a fost analizat prin experimente, iar modul de polarizare al ceramicii piezoelectrice a fost prezis în condiția câmpului electric alternativ extern. Spectrul dielectric a fost măsurat cu un spectrometru electric, iar predicția anterioară a fost verificată prin măsurarea spectrului dielectric și analizată.

Polarizarea și parametrii dielectrici ai Cristalele ceramice piezoelectrice sunt în mare parte cristale dielectrice, cunoscute și sub numele de dielectrice. Sub acțiunea unui câmp electric extern, dielectricii vor reacționa la câmpul electric extern în mod inductiv. O anumită cantitate de sarcină apare în corp sau la suprafață. Acest fenomen se numește polarizare. Electrodizarea este reprezentată de un vector de polarizare macroscopică P, care este egal cu suma vectorială a momentelor dipolului electric pe unitate de volum. Dacă numărul egal se încarcă care lasă o distanță sub acțiunea unui câmp electric, care reprezintă momentul dipolar electric al sistemului de sarcină, iar direcția lui l este direcționată de sarcina negativă către sarcina pozitivă. Esența polarizării dielectricului în câmpul electric extern este că sarcina constituie dielectricul care are o deplasare macroscopică sub acțiunea câmpului electric extern. Sarcina pozitivă va fi deplasată de-a lungul liniei de alimentare, iar sarcina negativă va deplasa linia de alimentare inversă, ceea ce face ca dielectricul să genereze un moment dipol macro-electric. Într-un anumit interval, polarizarea P este proporțională cu câmpul electric extern EP = ε0xE, iar x se numește rata de polarizare. Din analiza mecanismului microscopic, există trei moduri de a genera polarizarea dielectrică, și anume polarizarea prin deplasare a electronilor este utilizată pentru polarizarea prin deplasare și polarizarea orientării moleculelor polare. Indiferent de polarizarea care are loc efectiv, rezultatul poate fi atribuit formării unui dipol electric în mediu, care poate fi caracterizat de dipolul sau momentul μ al moleculei electrice. Mărimea lui μ este determinată nu numai de câmpul electric macroscopic E, ci și de câmpul electric generat de moleculele adiacente. Suma celor două se numește câmpul efectiv Ei. În formula μ = αEi, α se numește polarizabilitatea unei molecule sau a unui atom și este o mărime fizică microscopică care descrie caracteristicile de polarizare ale unei molecule.

1.1 Polarizarea deplasării electronilor

Sub acțiunea unui câmp electric extern, norul de electroni din atomii și ionii care alcătuiesc dielectricul va fi distorsionat, ceea ce face ca norul de electroni să se miște în raport cu nucleul, generând astfel un moment de dipol electric. Această polarizare se numește polarizare prin deplasare a electronilor. Polarizarea cu deplasarea electronilor este o formă de polarizare pe care o au toți dielectricii. Polarizarea prin deplasare a unui electron indică faptul că, datorită influenței câmpului electric extern, electronul va avea o anumită probabilitate de a absorbi energie și de a trece între nivelurile de energie corespunzătoare. Deoarece electronii exteriori sunt legați slab de atomi, deplasarea electronilor atomilor este derivată în principal din electronii de valență. Polarizabilitatea prin deplasare a electronului este reprezentată de αe și se presupune că molecula luată în considerare este o sferă, care este calculată printr-o sarcină punctiformă. model sferă piezo ceramică și un model cu orbită circulară.

Polarizarea deplasării ionilor

Polarizarea de orientare a momentului dipol electric intrinsec

Dacă molecula constituie dielectricul care este o moleculă polară, al cărei centru de sarcină pozitivă nu coincide cu centrul sarcinii negative, aceasta are un moment dipol electric inerent. În absența unui câmp electric extern, deoarece momentul dipolului electric al mișcării termice a moleculelor dielectrice ale Componenta ceramică piezoelectrică este dezordonată spațial, probabilitatea de a îndrepta în toate direcțiile este aceeași, iar momentele dipolului electric molecular se anulează reciproc. Prin urmare, dielectricul în ansamblu nu are moment de dipol electric. Când se aplică un câmp electric extern, sarcinile pozitive și negative ale dipolului electric molecular sunt afectate de forța câmpului electric și există o tendință de a îndrepta către direcția câmpului electric extern sau trebuie menținute într-o stare stabilă, astfel încât energia sistemului să fie redusă la minimum și este necesar să se îndrepte spre direcția câmpului electric extern. Sau precesia în jurul unui câmp electric extern. Conform teoriei statistice, numărul de particule la energia E este proporțional cu e=-EkT. În conformitate cu aceasta, se poate calcula polarizabilitateaαd a polarizării de orientare a moleculei dielectrice. Dd=μ2 .În formula 3kT, μ este momentul dipolului electric intrinsec molecular, k este constanta Boltzmann, iar T este temperatura.

Polarizabilitatea totală α a moleculei poate fi considerată ca suma polarizabilităților diferitelor mecanisme α = αe + αa + αd. Dacă numărul de molecule pe unitate de volum este N, vectorul de polarizare macroscopică P poate fi corelat cu polarizabilitatea moleculară microscopică α. P=NαEiP=ε0(εr-1)E=NαEi, deci câmpul electric efectiv Ei perceput de fiecare polarizare moleculară în mediul constant dielectric este diferit de câmpul electric mediu macroscopic E. Pentru o moleculă, aceasta nu este afectată doar de E, ci și de câmpul electric generat de alte polarizări. Se are în vedere că modelul molecular examinat este o sferă, iar raza sferei este mult mai mare decât distanța dintre atomi. Influența polarizării moleculare în afara traductorul piezoelectric cu ultrasunete poate fi tratat ca un mediu polarizat continuu într-un mod macroscopic. Gradul de răspuns la modificarea câmpului extern în timpul polarizării mediului este reprezentat de timpul de relaxare τ. Semnificația fizică a lui τ este adăugarea unui câmp electric constant la dielectric, îndepărtarea câmpului electric după stabilizarea polarizării și trecând timpul τ, polarizarea P .Suma vectorilor de moment dipolar electric din volum se reduce la 1/e din pm inițial, adică P=Pmetτ. Deoarece există relaxare în procesul de polarizare, modificările D (vector de deplasare), P și E nu sunt în fază. D, P va rămâne în urma fazei lui E. Câmpul electric alternativ sinusoidal este reprezentat de un număr complex. Pentru a măsura spectrul dielectric al ceramicii piezoelectrice, în acest experiment, un buzzer din ceramică piezoelectrică este plasat între două foi de electrozi circulare, iar frecvența unghiulară este adăugată la foaia electrodului și tensiunea sinusoidală de ω.