Análise de características cerâmicas piezoelétricas

Efeito piezoelétrico e efeito dielétrico da cerâmica piezoelétrica

O efeito piezoelétrico é que quando alguns dielétricos são deformados por uma força externa em uma determinada direção, a polarização ocorre dentro, e encargos opostos positivos e negativos aparecem nas duas superfícies opostas. Quando a força externa é removida, ela retornará ao estado sem carga. Este fenômeno é chamado sobre o efeito piezoelétrico positivo. Quando a direção da força muda, a polaridade da carga também muda. Pelo contrário, quando um campo elétrico é aplicado na direção de polarização do dielétrico, esses dielétricos também são deformados, e a deformação do dielétrico desaparece após o campo elétrico é removido. Este fenômeno é chamado de efeito piezoelétrico inverso ou eletrossistro. Um tipo de sensor desenvolvido com base no efeito piezoelétrico dielétrico é chamado de sensor de cristais piezoelétricos.

Qualquer meio no campo elétrico causará a deformação do meio devido ao efeito da polarização induzida, e essa deformação é diferente da deformação causada pelo efeito piezoelétrico inverso. O dielétrico pode ser elasticamente deformado por uma força externa, o sensor de batida cerâmica piezoelétrico pode ser deformado pela polarização do campo elétrico externo. A deformação devido à polarização induzida é proporcional à praça do campo elétrico externo, que é um efeito eletrosstritivo . A deformação que produz é independente da direção do campo elétrico externo. A deformação causada pelo efeito piezoelétrico inverso é proporcional ao campo elétrico externo, e quando o campo elétrico é invertido, a deformação também muda (por exemplo, o alongamento original pode ser encurtado, ou o encurtamento original pode ser alterado para alongamento). Além disso, o efeito eletrostrictivo está presente nas dielétricas, seja não-piezoelétrico ou piezoelétrico tem apenas os efeitos eletrostrictivos dos cristais dielétricos de diferentes estruturas. O efeito piezoelétrico inverso só é encontrado em cristais de cerâmica piezoelétrico.

Um cristal de cerâmica Pzt Materials Piezo que produz um efeito piezoelétrico é chamado de cristal piezoelétrico. Um tipo de cristal piezoelétrico é um cristal único, como quartzo (SiO2), tartarato de potássio de sódio (também conhecido como sal de perdedor, nakc4h4o6.h2o), bismuto rutenato (BI12Goo20). Outro tipo de cristal piezoelétrico é chamado em cerâmica piezoelétrica, como titanato de bário (Batio3), chumbo zirconato titanato pb (zrxtirx) o3, chumbo bismuto magnésio zirconato titanato feito no Japão, adicionado ao PZT, Bismuto Manganês feito na China. Chumbo Zirconate Titanate PB (MN1 / 2SB2 / 3) O3 foi adicionado ao poço.

O dielétrico é um isolante que pode ser eletrodeizado. O uso de dielétricos é bastante extenso. A condutividade dielétrica do elemento cerâmico piezoelétrico é muito baixa, juntamente com as boas propriedades de resistência dielétrica, que podem ser usadas para fazer isolantes elétricos. Além disso, o dielétrico pode ser altamente eletrodepositado e é um excelente material de capacitor. O estudo das propriedades dielétricas envolve o armazenamento e a dissipação da energia elétrica e magnética dentro do material. Este estudo é extremamente importante para explicar os vários fenômenos da eletrônica, óptica e física do estado sólido. Propriedades dielétricas referem-se às propriedades de armazenamento e perda de energia eletrostática sob a ação de um campo elétrico, geralmente expressas por constante dielétrica e perda dielétrica. Quando a tecnologia de alta frequência é aplicada a materiais, como pavimentos compostos de madeira maciça, as propriedades dielétricas são muito importantes quando a prensagem a quente de alta frequência é usada. Quando o meio é aplicado com um campo elétrico, uma carga induzida é gerada para enfraquecer o campo elétrico. A proporção do campo elétrico aplicado original (em vácuo) para o campo elétrico no meio final é a permissividade, também conhecida como a taxa de corrente induzida.

No eletromagnetismo, quando um campo elétrico de discos de botão piezoelétrico é aplicado a um dielétrico, um dipolo elétrico é gerado devido ao deslocamento relativo dos encargos positivos e negativos dentro do dielétrico. Este fenômeno é chamado de polarização elétrica. O campo elétrico aplicado pode ser um campo elétrico externo ou um campo elétrico gerado por uma carga livre incorporada dentro do dielétrico. O dipolo elétrico gerado pela polarização é chamado \"Dipolo elétrico indutivo \", e seu momento elétrico é chamado de momento indutivo do dipolo elétrico. Piezo cerâmico está tendo um eletrodo formando habilidade sob a ação de um campo elétrico. Dividido em isolamento elétrico, capacitores, piezoelétricos, piroelétricos e cerâmica ferroelétrica de acordo com seu uso e desempenho.

Polarização de dielétrico cerâmico piezoelétrico

Os cristais de cerâmica piezoelétrico são dielétricos dielétricos e anisotropic, portanto, as propriedades dielétricas dos cristais piezoelétricos são diferentes das dielétricas isotrópicas.

O dielétrico é polarizado sob a ação de um campo elétrico, e o estado de polarização é um estado em que o campo elétrico exerce uma força de deslocamento relativo no ponto de carga do dielétrico e um equilíbrio temporário de atração mútua entre as taxas. O campo elétrico é a causa externa da polarização. A causa interna da polarização reside no interior do meio. Com os processos microscópicos dentro do meio, existem três mecanismos principais de polarização.

(1) um átomo ou ião que constitui um dielétrico. Sob a ação de um campo elétrico, um núcleo carregado positivamente não coincide com o centro negativo de seu elétron de concha, gerando assim um momento elétrico elétrico. Esta polarização é chamada de polarização de deslocamento de elétrons.

(2) os íons positivos e negativos que compõem os dielétricos sofrem um deslocamento relativo sob a ação de um campo elétrico, resultando em um momento elétrico elétrico chamado polarização de deslocamento de íons.

(3) As moléculas que compõem a dielétrica são moléculas polares com um certo momento elétrico intrínseco, mas devido ao movimento térmico, a orientação é desordenada, e o momento elétrico total de todo o dielétrico é zero. Quando um campo elétrico externo atua, esses momentos de dipolo elétricos serão alinhados ao longo do campo externo, o cristal piezoelétrico ultra-som está produzindo um momento de dipolo elétrico macroscópico no dielétrico, que é chamado de polarização de orientação.

1. Polarização de deslocamento de uma molécula infinita

Quando o dielétrico eletrodo é em um campo elétrico externo sob a ação da força de campo elétrico, os centros de carga positivos e negativos da molécula produzirão deslocamentos relativos para formar um dipolo elétrico, e seus momentos de dipolo elétricos equivalentes são orientados ao longo da direção do campo elétrico. Para um piezoelétrico dielétrico como um todo, uma vez que cada molécula nas formas dielétricas forma dipolos elétricos, eles são organizados no dielétrico. As acusações positivas e negativas de dipolos elétricos adjacentes no dielétrico estão próximas umas das outras. Se o dielétrico for uniforme, ele permanece eletricamente neutro ao longo, mas na superfície do dielétrico que é perpendicular à força de campo elétrico externa E0. Haverá encargos positivos e negativos, respectivamente, que não pode deixar o dielétrico e não pode se mover livremente no dielétrico, esse fenômeno de encargos polarizados no dielétrico sob a ação de um campo elétrico externo é chamado de polarização do dielétrico. O campo elétrico externo mais forte, maior o deslocamento relativo entre os centros de carga positivos e negativos de cada molécula, maior é o momento do dipolo elétrico da molécula, as taxas mais polarizadas aparecem em ambas as superfícies da dielétrica, e quanto mais polarizado . Quando o campo elétrico externo do transdutor piezoelétrico de frequência de ressonância é removido, os centros dos encargos positivos e negativos são novamente coincidentes (p = 0), então esse tipo de molécula pode ser considerado como um dipolo elétrico elástico cuja força elástica é conectada por dois encargos elétricos equivalentes equivalentes. A magnitude do momento do dipolo elétrico p é proporcional à força do campo. Como a polarização da molécula infinita está no deslocamento relativo do centro dos encargos positivos e negativos, muitas vezes é chamado um pouco.

Polarização orientada de moléculas polares

Quanto ao dielétrico molecular polar, o centro das acusações positivas e negativas na molécula é equivalente a um dipolo elétrico. Sob a ação do campo elétrico externo, ele será submetido a um momento, de modo que o momento do dipolo elétrico P da molécula é voltado para a direção do campo elétrico. Por causa da interferência do movimento térmico molecular, esta direção é minúscula, e é impossível alinhar os momentos de dipolo elétricos de todas as moléculas ao longo da direção do campo elétrico. O campo elétrico externo mais forte de cerâmico piezoelétrico de eletrodo piezoelétrico, mais arrumado é a ordem de direção do momento elétrico da molécula. No nível macroscópico, as taxas mais polarizadas aparecem em ambas as superfícies perpendiculares ao campo elétrico dielétrico e externo, o maior grau de polarização. Quando o campo elétrico externo é removido, a direção do momento do dipolo elétrico da molécula torna-se um arranjo irregular devido ao movimento térmico das moléculas, e o dielétrico ainda é neutro. A polarização de moléculas polares reside na direção em que o dipolo elétrico equivalente se transforma para o campo elétrico externo, por isso é chamado de polarização de orientação. Em geral, enquanto as moléculas são polarizadas ao mesmo tempo, há também polarização de deslocamento. Embora os processos microscópicos de polarização de dois tipos de dielétricos, a polar é diferente, mas os efeitos macroscópicos são os mesmos. Encargos polarizados de diferentes números de sensores de placa piezoelétricos aparecem nas duas superfícies opostas do dielétrico, e o campo elétrico externo aumenta. as cobranças mais polarizadas aparecem. Portanto, quando o fenômeno de polarização do dielétrico é descrito macroscopicamente abaixo, não é necessário dividir em dois tipos de dielétricos para discussão.

3. Ferroeletricidade de cristais cerâmicos piezoelétricos

A polarização de alguns dielétricos é muito especial. Em certa faixa de temperatura, suas constantes dielétricas não são constantes, mas variam com força de campo, e após a remoção do campo elétrico externo, essas dielétricas não são neutras. Há polarização residual. Para serem análogos ao fato de que os materiais ferromagnéticos podem permanecer magnetizados, esta propriedade do transdutor de cerâmica piezo é muitas vezes referida como ferrareletricidade. Um dielétrico ferroelétrico é chamado de ferroelétrico. Entre eles, a cerâmica de titanato de bário (BATIO3), Tartrato de Potássio de Sódio, Cristal único (Nakc4H4O6⋅H2O) e semelhantes são mais proeminentes.Ferroelétricos exibem histerese durante o processo de eletrodeposição. O loop de histerese mostra que a polarização entre o corpo feroelétrico e o campo elétrico aplicado é não-linear, e a polarização é invertida como o campo elétrico externo é invertido. A inversão de polarização é o resultado da inversão do domínio, portanto, o loop de histerese indica a presença de domínios na ferrarelétrica. Os chamados domínios são pequenas regiões nas quais as direções de polarização espontânea nas ferrarelétricas são uniformes e os domínios. O limite entre eles é chamado de parede de domínio. Cristais ferroelétricos de produtos cerâmicos piezoelétricos são geralmente multi-domínios, a polarização espontânea em cada domínio tem a mesma direção, e a polarização espontânea nos diferentes domínios é forte.

Para as ferroelétricas policristalinas, não há regularidade entre as orientações relativas da polarização espontânea nos diferentes domínios para todo o policristal devido à completa arbitrariedade da orientação dos eixos cristais entre os grãos.

As ferrarelétricas geralmente não formam espontaneamente domínios únicos, mas os cristais multidomain podem ser monodomainizados sob um campo elétrico externo forte. Sob a ação de um forte campo elétrico externo, o volume do domínio da polarização espontânea no cristal multi-domínio paralelo ou próximo da direção do campo externo se expandirá rapidamente devido à formação de novos núcleos de domínio e do movimento das paredes de domínio, e o volume do domínio em outras direções diminuirá rapidamente. Pequenos desaparecem, que está girando todo o cristal em um único domínio. Sob a ação do campo elétrico externo, o processo dinâmico de novo núcleo de domínio e movimento de parede de domínio é chamado de processo de reversão do domínio. Esta reversão tem algumas características de histerese, portanto, a ferroelétrica exibe o loop de histerese acima mencionado.

Considerando um único cristal piezo é assumindo que a orientação da polarização espontânea tem apenas duas possibilidades. É positivo e negativo ao longo de um certo eixo de cristal; A direção do campo elétrico externo é paralela ao eixo de polarização. Quando o campo elétrico externo é zero, a polarização de domínios adjacentes no cristal é oposto, e o momento elétrico total do cristal é zero. Quando o campo elétrico externo é aumentado gradualmente, o volume do domínio da direção de polarização espontânea oposto à direção do campo elétrico diminuirá gradualmente devido à inversão do domínio, e esses domínios estão tendo a mesma direção que o campo elétrico será gradualmente expandir, de modo que o cristal esteja na direção do campo externo. A intensidade aumenta com o aumento do campo elétrico. Quando o campo elétrico do elemento de disco piezoelétrico aumenta o suficiente para inverter todos os domínios inversos no cristal para o campo externo, o cristal se torna um único domínio, a polarização do cristal atinge a saturação e, em seguida, o campo elétrico aumenta. A polarização aumentará linearmente com o campo elétrico (igual à polarização de um dielétrico típico) e atingirá um valor máximo PMAX, que é uma função do maior campo elétrico de polarização. Quando a porção linear é extrapolada para zero campo elétrico, a interceptação resultante PS no eixo vertical é chamada de polarização saturada, que é, na verdade, a polarização espontânea de cada domínio. Quando o campo elétrico começa a diminuir de C, a polarização diminuirá gradualmente ao longo da curva CB. Quando o campo elétrico do componente cerâmico piezoelétrico é reduzido a zero, a polarização diminui para um certo valor PR, que é chamado de polarização residual da ferrarelétrica. Quando o campo elétrico muda de direção e aumenta para a CE na direção negativa, a polarização diminui para zero, o campo elétrico reverso continua a aumentar, e a polarização é invertida. A CE é chamada de força de campo coercitiva da ferrarelétrica. À medida que o campo elétrico inverso continua a aumentar, a polarização continua a aumentar na direção negativa do gradiente e atinge um valor de saturação (-pr) na direção negativa, e o transdutor piezoelétrico ultra-sônico torna-se um cristal único de domínio que está tendo uma polarização negativa. Se o campo elétrico muda continuamente de um alto valor negativo para um alto valor positivo, o domínio positivo começa a se formar e crescer novamente até que todo o cristal se torne um único cristal de domínio com a polarização a prazo novamente. Durante este processo, a polarização é retornada ao ponto C ao longo da parte FGH da linha de retorno. Assim, sob a ação de um grande campo elétrico alternado, o campo elétrico muda em uma semana, e o processo acima é repetido uma vez, mostrando o loop de histerese mostrado. A área fechada pela linha de retorno é a energia necessária para inverter a polarização duas vezes.