Process av piezoelektrisk keramisk fysisk mekanism

Piezoelektrisk keramik är en polykristallin film med piezoelektrisk effekt, och dess produktionsprocess är uppkallad efter dess liknande produktionsprocess (råmaterialpulverisering, gjutning, högtemperatursintring). Vissa anisotropa piezokristaller genomgår deformation under mekanisk kraft, vilket gör att de laddade partiklarna förskjuts relativt,PZT-material piezokeramisk skiva resulterar i positiva och negativa bundna laddningar på piezokristallens yta. Detta fenomen kallas piezoelektrisk effekt. Denna egenskap hos kristallen kallas piezoelektricitet. Piezoelektricitet upptäcktes 1880 av bröderna J. Curie och P. Curie. Några månader senare verifierade de experimentellt den omvända piezoelektriska effekten, det vill säga när en spänning appliceras på piezokristallen kommer piezokristallen att genomgå geometrisk deformation. Före 1940 var endast två typer av ferroelektriska ämnen kända (inte bara spontant polariserad i ett visst temperaturområde, utan också den spontana polariseringen av kristallerna som kan omorienteras på grund av den yttre fältstyrkan): den ena är resten salt och något närbesläktat tartrat; en är kaliumdivätefosfat och dess ekvivalent. Den förra har piezoelektricitet vid normal temperatur, och har tekniskt bruksvärde, men har nackdelen att vara lätt att lösa upp; den senare har piezoelektricitet vid låg temperatur (mindre än -14 C), och det tekniska användningsvärdet är inte stort. Bariumtitanat (BaTiO) visade sig ha en onormalt hög dielektricitetskonstant mellan 1942 och 1945. Det visade sig snart vara piezoelektriskt, och upptäckten av BaTi O piezoelektrisk keramik var ett kvantsprång i piezoelektriska material. Tidigare fanns det bara ett piezoelektriskt enkristallmaterial, och därefter uppträdde ett piezoelektriskt polykristallint material, piezoelektrisk keramik och användes i stor utsträckning. 1947 använde USA BaTiO-keramik för att göra pickuper för fonografer. Japan använde det två år senare än USA. BaTiO har nackdelen att piezoelektriciteten är svagare än det vilande saltet och piezoelektriciteten är större än piezokvartskristallen med temperatur. År 1954 upptäckte B. Jaffe och andra det piezoelektriska PbZrO-PbTiO (PZT) solida lösningssystemet, vilket är en epokgörande händelse som gjorde det omöjligt att tillverka enheter under BaTiO-eran. Sedan dess har PZT transparent piezoelektrisk keramik utvecklats för att utöka tillämpningen av piezoelektrisk keramik till optikområdet. Hittills är tillämpningen av piezoelektrisk keramik, från utvecklingen av universum till familjens liv, extremt omfattande. Kinas forskning om piezoelektrisk keramik började i slutet av 1950-talet, cirka 10 år senare än utlandet. För närvarande finns det ganska starka krafter inom provproduktion och industriell produktion av piezoelektrisk keramik. Många material har nått eller ligger nära den internationella nivån.

Den fysiska mekanismen för piezokeramisk piezoelektricitet

Piezoelektrisk keramik är polykristaller vars piezoelektricitet kan förklaras av piezoelektriciteten hos piezoelektriska skivor kristall . Under inverkan av mekanisk kraft förändras det totala elektriska dipolmomentet (polarisation), vilket resulterar i ett piezoelektriskt fenomen. Piezoelektricitet är nära relaterad till polarisering, deformation.

Mikroskopisk polarisationsmekanism
Polarisationstillståndet är ett tillstånd där det elektriska fältet utövar en relativ förskjutningskraft på dielektrikets laddade punkt och en tillfällig balans av ömsesidig attraktion mellan laddningarna. Det finns tre huvudsakliga polarisationsmekanismer.

(1) Elektronförskjutningspolarisation - Atomen eller jonen i ett dielektrikum sammanfaller inte med det negativa laddningscentrumet för en positivt laddad kärna och en skalelektron under inverkan av en elektrisk fältkraft.
(2) Lång förskjutningspolarisation - de positiva och negativa jonerna i dielektrikumet är relativt förskjutna under inverkan av en elektrisk fältkraft, vilket genererar ett elektriskt dipolmoment.
(3) Orienteringspolarisation - de polära molekylerna som utgör dielektrikumet har ett visst inneboende (inneboende) elektriskt moment. På grund av termisk rörelse är orienteringen oordnad, det totala elektriska momentet är noll. När ett elektriskt fält appliceras, är det elektriska fältets riktning inriktad och ett makroskopiskt elektriskt dipolmoment uppträder.
För anisotropa kristaller, förhållandet mellan polarisation och elektriskt fält

2. Piezoelektrisk effekt

(1) Positiv piezoelektrisk effekt
När peizoelektriska skivor keramisk omvandlare deformeras av en yttre kraft, de positiva och negativa laddningscentra är relativt förskjutna, och de motsatta laddningarna genereras på vissa motsvarande ytor, och polarisationsintensiteten inträffar. Detta fenomen med inget elektriskt fält och polarisering genom deformation kallas en positiv piezoelektrisk effekt.

För anisotropa kristaller appliceras stress på piezokristallen, och kristallen kommer att uppvisa en proportionell polarisation i de tre riktningarna X, Y och Z, som kallas piezoelektrisk spänningskonstant respektive piezoelektrisk töjningskonstant.

(2) Invers piezoelektrisk effekt
När ett elektriskt fält appliceras på kristallen genereras inte bara polarisering utan även deformation, och detta fenomen med deformation av det elektriska fältet kallas en invers piezoelektrisk effekt. Detta beror på att när kristallen utsätts för ett elektriskt fält genereras spänning (piezoelektrisk spänning) inuti kristallen och piezoelektrisk spänning genereras av stress.
.
3. Mekanism för tryckeffekt

Den piezoelektriska effekten upptäcktes först på piezokristaller. Nu använder vi PZT-materialkristaller som en modell för att illustrera den fysiska mekanismen för den piezoelektriska effekten.

När inget tryck appliceras fördelas piezokristallens positiva och negativa laddningscentra. Vid denna tidpunkt sammanfaller de positiva och negativa laddningscentrumen, och det totala elektriska momentet för piezokristallen är lika med noll, och kristallytan är inte laddad (inte piezoelektrisk).

När trycksensorn appliceras i x-riktningen deformeras materialkristallen och de positiva och negativa laddningscentrumen separeras, det vill säga den elektriska dipolen ändras, så att laddningsackumulering sker på X-planet.
När tryck appliceras i Y-axelns riktning visas här fördelningen av kristallens positiva och negativa laddningscentra, när det totala elektriska dipolmomentet ändras och orsakar en laddningsackumulering på X-planet mitt emot fronten. Uppenbarligen är det att ersätta den tidigare tryckkraften med en dragkraft som indikerar att tecknet på laddningen är omvänt. Kort sagt, när en trycksensor appliceras på en piezoelektrisk kristall kan en piezoelektrisk effekt orsakas.