Principiul de bază al materialului ceramic piezoelectric

1.Domeniu:

În general, direcțiile de polarizare spontană a feroelectricilor sunt diferite, dar într-o zonă mică, direcțiile de polarizare spontană ale celulelor unitare respective sunt aceleași, iar această zonă mică se numește domeniu feroelectric. Peretele de graniță dintre cele două domenii se numește perete de domeniu și poate fi împărțit într-un perete de domeniu de 90°, un perete de domeniu de 180° și altele asemenea, în funcție de direcțiile de polarizare spontană ale celor două domenii. Peretele domeniului este de obicei situat lângă defect de cristal din ceramică piezoelectrică , iar peretele domeniului nu este ușor de mutat din cauza tensiunii interne din regiunea defectului. Orientarea domeniilor adiacente este în general „de la capăt la coadă”, iar sub acțiunea câmpului de stres va apărea o formă specială de „cap la cap, coadă la coadă” pentru a facilita reducerea energiei. Domeniul de observare poate fi o metodă de gravare chimică, o metodă de microscop polarizant sau o metodă de topografie cu raze X.

2. Conceptul de feroelectricitate:

Unele cristale piezo prezintă proprietăți de polarizare spontană. Există un moment electric de polarizare spontană inerent în feroelectrice; în cristalele feroelectrice, structura domeniului este de obicei însoțită, iar momentele electrice de polarizare spontană din același domeniu sunt în aceeași direcție; atunci când cristalul traductorului piezoelectric polarizat cu ultrasunete este suficient de mare, diferite domenii de piezo electric pot anula fiecare din cauza orientărilor diferite, astfel încât polarizarea macroscopică să nu fie dezvăluită. Polarizarea spontană a momentului electric poate schimba direcția sub acțiunea câmpului electric extern; sub actiunea campului electric extern alternant E, pe linia de retur apare relatia dintre intensitatea de polarizare macroscopica p a corpului feroelectric si E. Aceste proprietăți ale feroelectricilor sunt foarte asemănătoare cu feromagnetismul, deci sunt numite feroelectricitate. În corpul feroelectric, intensitatea de polarizare macroscopică p=0 se datorează în general structurii domeniului. Când câmpul electric extern E este foarte mic, p are o relație liniară cu E. Când E este suficient de mare, o curbă în care p rămâne în spatele lui E se numește buclă de histerezis. După o polarizare alternativă repetată a unui câmp electric alternativ puternic de amplitudine fixă, bucla de histerezis are o formă substanțial stabilă.

Ps este polarizarea spontană a unui singur domeniu fără câmp electric; Pr este polarizarea reziduală; Ec este un câmp electric coercitiv. Când câmpul electric extern începe să acționeze asupra eșantionului nepolarizat, polarizarea reziduală Pr este generată pe eșantion. Pentru a reduce polarizarea reziduală la zero, câmpul electric coercitiv Ec trebuie aplicat în direcția opusă. Câmpul electric în sens opus mărește polarizarea în sens opus, formând astfel întreaga buclă de histerezis. Se modifică de-a lungul acestei curbe de fiecare dată când este polarizat. Diferit traductor piezoelectric Ceramica piezoelectrică are bucle de histerezis diferite. Procesul de polarizare este un proces foarte complicat. Când se polarizează, nu este necesar doar un câmp electric mai mare, dar diferite grosimi necesită timpi diferiți, iar efectul optim de polarizare poate fi obținut la o temperatură mai mare. Materialul ceramic piezoelectric polarizat pierde efectul de polarizare la o anumită temperatură ridicată, iar diferitele materiale piezoelectrice au temperaturi diferite de defecțiune. Acest lucru trebuie remarcat la selectarea materialelor ceramice piezoelectrice. Proprietățile de polarizare ale ceramicii piezoelectrice sunt cunoștințele pe care designerii de geofoane piezoelectrice trebuie să le stăpânească. Diferența de performanță între pre-polarizarea piezoelectrică și post-polarizarea materialelor ceramice piezoelectrice este mare.

3. Efect piezoelectric: