Основний принцип п'єзоелектричного керамічного матеріалу

Перегляди: 7 Автор: Редактор сайту Час публікації: 2018-09-10 Походження: Сайт

Запитуйте

1. Домен:

Як правило, напрямки спонтанної поляризації сегнетоелектриків різні, але в невеликій області напрямки спонтанної поляризації відповідних елементарних комірок однакові, і ця невелика область називається сегнетоелектричним доменом. Межа між двома доменами називається доменною стінкою, і її можна розділити на доменну стінку 90°, доменну стінку 180° тощо відповідно до напрямків спонтанної поляризації двох доменів. Доменна стіна зазвичай розташована біля кристалічний дефект п’єзоелектричної кераміки , і доменну стінку важко перемістити через внутрішню напругу в області дефекту. Орієнтація суміжних доменів, як правило, «кінець до хвоста», і особлива форма «голова до голови, хвіст до хвоста» з’являється під дією поля напруги, щоб полегшити зменшення енергії. Область спостереження може бути методом хімічного травлення, методом поляризаційного мікроскопа або методом рентгенівської топографії.

2. Концепція сегнетоелектрики:

Деякі п'єзокристали виявляють властивості спонтанної поляризації. У сегнетоелектриках є властивий спонтанний поляризаційний електричний момент; у сегнетоелектричних кристалах доменна структура зазвичай супроводжується, і спонтанні поляризаційні електричні моменти в тому самому домені знаходяться в одному напрямку; коли кристал ультразвукового поляризованого п’єзоперетворювача достатньо великий, різні домени електричного п’єзопретворювача можуть скасовувати кожен через різні орієнтації, так що макроскопічна поляризація не виявляється. Спонтанна поляризація електричного моменту може змінювати напрямок під дією зовнішнього електричного поля; під дією змінного зовнішнього електричного поля E на зворотній лінії виникає залежність між інтенсивністю макроскопічної поляризації сегнетоелектричного тіла p і E. Ці властивості сегнетоелектриків дуже схожі на феромагнетизм, тому їх називають сегнетоелектриками. У сегнетоелектричному тілі макроскопічна інтенсивність поляризації p=0, як правило, зумовлена доменною структурою. Коли зовнішнє електричне поле E дуже мале, p має лінійну залежність від E. Коли E достатньо велике, крива, на якій p відстає від E, називається петлею гістерезису. Після багаторазової змінної поляризації сильного змінного електричного поля фіксованої амплітуди петля гістерезису має в основному стабільну форму.

2A776AEC688DF052E10FA1C6D7EA551C

Ps — спонтанна поляризація окремого домену без електричного поля; Pr - залишкова поляризація; Ec – коерцитивне електричне поле. Коли зовнішнє електричне поле починає діяти на неполяризований зразок, на зразку генерується залишкова поляризація Pr. Щоб зменшити залишкову поляризацію до нуля, необхідно прикласти коерцитивне електричне поле Ec у протилежному напрямку. Електричне поле в протилежному напрямку збільшує поляризацію в протилежному напрямку, таким чином утворюючи всю петлю гістерезису. Вона змінюється вздовж цієї кривої кожного разу, коли її поляризують. Різні П'єзоелектричний перетворювач П'єзокераміка має різні петлі гістерезису. Процес поляризації є дуже складним процесом. Коли відбувається поляризація, потрібне не тільки більш сильне електричне поле, але й різні товщини вимагають різного часу, і оптимальний ефект поляризації може бути досягнутий при вищій температурі. Поляризований п'єзоелектричний керамічний матеріал втрачає ефект поляризації при певній високій температурі, а різні п'єзоелектричні матеріали мають різні температури руйнування. Це слід враховувати при виборі п’єзоелектричних керамічних матеріалів. Поляризаційні властивості п’єзоелектричної кераміки – це знання, якими повинні опанувати розробники п’єзоелектричних геофонів. Різниця в продуктивності між п’єзоелектричною попередньою та постполяризацією п’єзоелектричних керамічних матеріалів велика.

3. П'єзоелектричний ефект:

П’єзоелектричний ефект можна розділити на позитивний п’єзоелектричний ефект і зворотний п’єзоелектричний ефект. Зв’язаний заряд виникає на обох кінцях поляризованого п’єзоелектричного керамічного листа, тому шар вільного заряду ззовні адсорбується на поверхні електрода. Коли зовнішній тиск F прикладається до керамічного листа, П'єзокераміка матеріалів PZT деформується під дією зовнішньої сили, і всередині відбувається явище поляризації. п'єзоелектричний керамічний елемент , а позитивні та негативні протилежні заряди з'являються на протилежних поверхнях керамічного листа. Відбудеться розрядка. Навпаки, тягнути спричинить зарядку. Коли зовнішня сила припиняється, він повернеться в незаряджений стан. Явище, коли цей механічний ефект перетворюється на електричний, відноситься до позитивного п'єзоефекту. Крім того, п'єзоелектрична кераміка має властивість спонтанної поляризації, а спонтанна поляризація може трансформуватися під дією зовнішнього електричного поля. Тому, коли до п’єзоелектричного діелектрика прикладається зовнішнє електричне поле, відбувається зміна, як показано на малюнку, і п’єзоелектрична кераміка деформується. Однак п’єзоелектрична кераміка деформується, оскільки коли додається те саме зовнішнє електричне поле, що й спонтанна поляризація, поляризація посилюється. Збільшення інтенсивності поляризації призводить до подовження п'єзоелектричного керамічного листа в напрямку поляризації. Навпаки, якщо застосовано зворотне електричне поле, п’єзокераміка вкорочується в напрямку поляризації. Це явище переходу в механічний ефект через електричний ефект є зворотним п'єзоефектом.