Ultrasonik Piezoelektrik Seramiklerin Özellikleri
Ultrasonik piezoelektrik seramikler, piezoelektrik özelliklere sahip bir elektronik seramik malzeme sınıfıdır. Ferroelektrik bileşenler içermeyen tipik piezoelektrik kuvars kristallerinden temel farkı, ana bileşenlerini oluşturan kristal fazlarının hepsinin ferroelektrik tanecikler olmasıdır. odaklı. Seramiklerin makroskobik piezoelektrik özellikler sergileyebilmesi için piezoelektrik seramiklerde pişirilmesi gerekir. Oluşturulduktan ve uç yüzünde kompozit elektrot ile birleştirildikten sonra, polarizasyon işlemi için güçlü bir DC elektrik alanı altına yerleştirilir, böylece orijinal düzensiz oryantasyonun ilgili polarizasyon vektörleri tercihen elektrik alanının yönü boyunca yönlendirilir. Elektrik alan iptal edildikten sonra, polarizasyon işleminden sonra piezoelektrik seramikler, seramiğin belirli piezoelektrik özelliklere sahip olması için belirli bir makroskopik kalıcı polarizasyon korunacaktır.
Dielektrik ve elastik özellikler:
Piezoelektrik seramiklerin dielektrik özelliği, genellikle dielektrik sabiti ε0 ile temsil edilen, seramik malzemenin harici bir elektrik alana tepki derecesini yansıtır. Dış elektrik alan çok büyük olmadığında, dielektrikin elektrik alana tepkisi için doğrusal bir ilişki kullanılabilir:
Piezoelektrik seramikler için, P polarizasyon kuvvetidir, ε0 vakum geçirgenliğidir, E elektrik hassasiyetidir ve E uygulanan elektrik alanıdır. Piezoelektrik seramik bileşenlerin farklı kullanımları, piezoelektrik seramiklerin dielektrik sabiti için farklı gereksinimlere sahiptir. Örneğin, piezoelektrik seramik hoparlörler gibi ses bileşenleri, seramiğin büyük bir dielektrik sabitine ihtiyaç duyarken, yüksek frekanslı piezoelektrik seramik bileşenler, malzemenin küçük bir dielektrik sabitine ihtiyaç duyar.
Piezoelektrik seramiğin elastik katsayısı, seramiğin deformasyonu ile uygulanan kuvvet arasındaki ilişkiyi yansıtan bir parametredir. Diğer elastomerler gibi, piezoelektrik seramik malzemeler de Hooke yasasına uyar: Xmn=cmnpqxmnpq, burada cmnpq elastomerin elastik sertlik sabiti, X gerilme ve x gerinimdir. Piezoelektrik cisimler için, piezoelektriklikten dolayı, elastik katsayısının değeri elektriksel sınır koşullarıyla ilişkilidir.
Piezoelektrik Seramiklerin Piezoelektrikliği:
Piezoelektrik seramiğin en büyük özelliği, pozitif piezoelektrik ve ters piezoelektrik dahil olmak üzere piezoelektriktir. Pozitif piezoelektriklik, bazı dielektriklerdeki pozitif ve negatif yük merkezlerinin, mekanik dış kuvvetin etkisi altında göreceli olarak yer değiştirmesini ifade eder; Dış kuvvetin çok büyük olmadığı durumda, yük yoğunluğu aşağıdaki formüle göre dış kuvvetle orantılıdır:
burada δ yüzey yük yoğunluğudur, d piezoelektrik gerinim sabitidir ve T çekme gerilimidir. Tersine, bir piezoelektrik dielektrik üzerine bir dış elektrik alanı uygulandığında, dielektrik içindeki pozitif ve negatif yük merkezleri göreli yer değiştirmeye uğrar ve polarize olur ve yer değiştirme dielektrikin deforme olmasına neden olur. Bu etkiye ters piezoelektrik denir. Elektrik alan çok güçlü olmadığında, deformasyon aşağıdaki formüle göre dış elektrik alanla doğrusal bir ilişkiye sahiptir:
dt ters piezoelektrik gerinim sabitidir, yani d'nin aktarılmış matrisidir, E uygulanan elektrik alanıdır ve x gerinimdir. Piezoelektrik etkinin gücü, aşağıdaki formülü izleyen elektromekanik birleştirme katsayısı K ile temsil edilen, kristalin elastik özellikleri ile dielektrik özellikleri arasındaki bağlantının derecesini yansıtır:
burada u12 piezoelektrik enerjidir, u1 elastik enerjidir ve u2 dielektrik enerjidir.
Piezoelektrik Özelliklerin Fiziksel Mekanizmaları:
Polarize piezoelektrik seramik levhanın iki ucu bağlı yüklere sahip olacaktır, bu nedenle dış dünyadan gelen bir serbest yük tabakası elektrot yüzeyinde adsorbe edilir. Seramik levhaya harici bir F basıncı uygulandığında, levhanın her iki ucunda da boşalma meydana gelir. Aksine çekilirse şarj olayı gerçekleşir. Bu mekanik etkinin elektriksel bir etkiye dönüştüğü olgu, pozitif piezoelektrik etkiye aittir.
Ek olarak, piezoelektrik seramikler kendiliğinden polarizasyon özelliğine sahiptir ve kendiliğinden polarizasyon, harici bir elektrik alanının etkisi altında dönüştürülebilir. Bu nedenle, bir piezoelektrik dielektrik üzerine harici bir elektrik alanı uygulandığında, şekilde gösterilen değişiklik meydana gelecek ve piezoelektrik seramik deforme olacaktır. Bununla birlikte, piezoelektrik seramiklerin deforme olmasının nedeni, spontan polarizasyon ile aynı dış elektrik alanı uygulandığında, polarizasyon kuvvetini arttırmaya eşdeğer olmasıdır. Polarizasyon kuvvetinin artması, piezoelektrik seramik levhanın polarizasyon yönünde uzamasını sağlar. Aksine ters elektrik alan uygulanırsa seramik levha polarizasyon yönü boyunca kısalır. Elektriksel bir etki nedeniyle mekanik bir etkiye dönüşen bu olgu, ters piezoelektrik etkidir.
Diğer özellikler:
Piezoelektrik seramikler hassas özelliklere sahiptir ve son derece zayıf mekanik titreşimleri sonar sistemleri, hava algılama, telemetri çevre koruma, ev aletleri vb. uçan böceklerin kanatlarını on metreden daha uzakta çırparak neden olduğu hava rahatsızlığı. Piezoelektrik sismometreler yapmak için kullanmak, depremlerin yoğunluğunu doğru bir şekilde ölçebilir ve depremlerin azimutunu ve mesafesini gösterebilir. Bunun piezoelektrik seramiğin büyük bir başarısı olduğu söylenmelidir.
Piezoelektrik seramiğin elektrik alanın etkisi altındaki deformasyonu çok küçüktür, kendi boyutunun en fazla on milyonda birini geçmez. Bu küçük değişikliği hafife almayın. Hassas alet ve makinelerin kontrolü, mikroelektronik teknolojisi, biyomühendislik ve diğer alanlar büyük bir nimettir.
Rezonatörler ve filtreler gibi frekans kontrol cihazları, iletişim ekipmanının performansını belirleyen temel bileşenlerdir. Piezoelektrik seramikler bu konuda bariz avantajlara sahiptir. İyi frekans kararlılığına, yüksek hassasiyete, geniş uygulanabilir frekans aralığına, küçük boyuta, nem emme özelliğine ve uzun ömre sahiptir. Özellikle çok kanallı iletişim ekipmanında, önceki elektromanyetik ekipmanı geriye bakamayan ve bunalmış olma sorunuyla karşı karşıya bırakan parazit önleme performansını artırabilir. Alternatif kader.
