Efeito piezoelétrico da cerâmica piezoelétrica

Quando a cerâmica piezoelétrica é polarizada, há uma forte polarização de campo residual dentro do material cerâmico. Quando o material cerâmico é submetido a uma força externa, o limite dos movimentos do domínio está causando uma alteração na intensidade da polarização e resultando em um efeito piezoelétrico.

A cerâmica piezoelétrica polarizada tem um coeficiente de piezoelétrico muito alto, que é cerca de várias centenas de vezes a de um cristal de quartzo, mas a força mecânica é inferior à de um cristal de quartzo.

Transdutor de placa piezocerâmica são substâncias, como ferrarelétricas, e são piezoelétricas policristalinas artificialmente fabricadas com uma estrutura de domínio semelhante à estrutura de domínio magnético de materiais ferromagnéticos. Um domínio é uma região na qual uma molécula se forma espontaneamente. Tem uma certa direção de polarização, de modo que existe um determinado campo elétrico. Na ausência de um campo elétrico externo, os domínios individuais são distribuídos aleatoriamente no cristal, e seus efeitos de polarização são cancelados uns aos outros, portanto, a cerâmica piezoelétrica original tem zero polarização interna.

No entanto, quando o voltímetro foi conectado aos dois eletrodos da folha cerâmica para medição, a polarização existente dentro da folha cerâmica não pôde ser medida. Isso ocorre porque a polarização na folha de piezocerâmica é sempre expressa sob a forma de um momento elétrico elétrico, ou seja, uma carga positivamente ligada ocorre em uma extremidade da cerâmica e uma carga de ligação negativa ocorre na outra extremidade. Devido à ação da carga ligada, uma carga do exterior é adsorvida na superfície do eletrodo da folha cerâmica. Estas despesas gratuitas são iguais ao sinal de carga ligado na folha cerâmica, que atua para proteger e neutralizar os efeitos da polarização dentro da folha cerâmica no mundo exterior. Portanto, o voltímetro não pode medir o grau de polarização na folha cerâmica.

Se uma pressão f paralela à direção da polarização é aplicada à folha de cerâmica, como mostrado na figura, a folha cerâmica passará por deformação de compressão (linha tracejada na figura), a distância entre as taxas de ligação positivas e negativas na folha torna-se menor, e a intensidade da polarização também muda. Portanto, uma parte da taxa gratuita originalmente adsorvida no eletrodo é liberada, e um fenômeno de carga ocorre. Quando a pressão é removida, a peça cerâmica retorna ao seu estado original (este é um processo de expansão), a distância entre as cobranças positivas e negativas no filme torna-se maior, e a intensidade da polarização também se torna maior, para que algumas taxas livres sejam Adsorvido no eletrodo e fenômeno de carga ocorre.Este fenômeno de mudança de mecânico para elétrico, ou de mecânico para elétrico, é o efeito piezoelétrico positivo.

Da mesma forma, se um campo elétrico da mesma direção de polarização de cerâmica piezo de alta potência é aplicado à folha de cerâmica, como mostrado na figura, uma vez que a direção do campo elétrico é a mesma que a direção da polarização, a ação do campo aumenta a polarização. Neste momento, a distância entre as cobranças positivas e negativas na folha de cerâmica também é aumentada, isto é, a folha cerâmica é alongada na direção de polarização (linha quebrada na figura). Da mesma forma, se a direção do campo elétrico aplicado for oposto à direção da polarização, a folha cerâmica é encurtada na direção da polarização. Esse fenômeno de se transformar em um efeito mecânico devido a um efeito elétrico ou uma transição da energia elétrica para a energia mecânica é um efeito piezoelétrico inverso.

Pode-se ver que a cerâmica piezoelétrica tem um efeito piezoelétrico devido à polarização espontânea dentro da cerâmica. Após a polarização espontânea é submetida ao processo de polarização e forçada a ser alinhada, a polarização residual está presente na cerâmica. Se a ação externa (como a ação de pressão ou campo elétrico) pode alterar a polarização, a cerâmica piezo terá um efeito piezoelétrico. Além disso, pode-se ver que as cobranças polarizadas na cerâmica são encargos vinculados, não liberam taxas, e essas cobranças ligadas não podem se mover livremente. Portanto, a descarga ou fenômeno de carga gerada na cerâmica é causada pela mudança da polarização interna da cerâmica, que está causando a liberação ou reabastecimento da carga livre na superfície do eletrodo.

Quando a cerâmica piezoelétrica é submetida a uma força FZ na direção de polarização (direção Z) no plano de polarização (ou seja, a força é perpendicular ao plano de polarização), então nos dois planos de polarização de prata banhados (ou ouro), respectivamente positivos e encargos negativos aparecem, a quantidade de carga qz é proporcional à força fz, ou seja:

Material piezoelétrico:

Cristais piezoelétricos, como quartzo;
Cerâmica piezoelétrica, como titanato de bário, chumbo zirconato titanato, etc.;
Semicondutores piezoelétricos, como sulfeto de zinco, Cádmio Telluride e semelhantes.

Requisitos para propriedades do material piezoelétrico:

As vantagens pendentes dos cristais de quartzo de tiras cerâmicas piezoelétricas são muito estáveis ​​para desempenho, alta força mecânica e excelentes propriedades de isolamento. No entanto, os materiais de quartzo são caros e têm um coeficiente de piezoeléctrico muito menor do que a cerâmica piezoelétrica. Portanto, geralmente é usado apenas nos instrumentos ou sensores padrão que exigem requisitos mais altos. Porque quartzo é um cristal anisotrópico, as propriedades físicas (como elasticidade, efeito piezoelétrico, características de temperatura, etc.) de bolachas cortadas em diferentes direções variam muito. Para projetar o sensor de quartzo, a forma de corte do quartzo está corretamente selecionada de acordo com os diferentes requisitos de aplicação.