wiadomości o firmie Charakterystyka ultradźwiękowej ceramiki piezoelektrycznej

Charakterystyka ultradźwiękowej ceramiki piezoelektrycznej

Ultradźwiękowa ceramika piezoelektryczna to klasa elektronicznych materiałów ceramicznych o właściwościach piezoelektrycznych.Główna różnica w porównaniu z typowymi piezoelektrycznymi kryształami kwarcu, które nie zawierają składników ferroelektrycznych, polega na tym, że fazy krystaliczne, z których składają się ich główne składniki, to wszystkie ziarna ferroelektryczne Ponieważ ceramika to agregaty polikrystaliczne z losowo zorientowanymi ziarnami, wektor spontanicznej polaryzacji każdego ziarna ferroelektrycznego jest również chaotyczny zorientowany.Aby ceramika wykazywała makroskopowe właściwości piezoelektryczne, musi być wypalona w ceramice piezoelektrycznej.Po uformowaniu i połączeniu z elektrodą kompozytową na powierzchni czołowej, jest ona umieszczana pod silnym polem elektrycznym prądu stałego w celu obróbki polaryzacyjnej, tak że odpowiednie wektory polaryzacji pierwotnej nieuporządkowanej orientacji są preferencyjnie zorientowane wzdłuż kierunku pola elektrycznego.Ceramika piezoelektryczna po obróbce polaryzacyjnej, w Po anulowaniu pola elektrycznego, pewna makroskopowa polaryzacja szczątkowa zostanie zachowana, dzięki czemu ceramika ma pewne właściwości piezoelektryczne.

Właściwości dielektryczne i elastyczne:

Właściwości dielektryczne ceramiki piezoelektrycznej odzwierciedlają stopień odpowiedzi materiału ceramicznego na zewnętrzne pole elektryczne, które jest zwykle reprezentowane przez stałą dielektryczną ε0.Gdy zewnętrzne pole elektryczne nie jest zbyt duże, do odpowiedzi dielektryka na pole elektryczne można wykorzystać zależność liniową:

W przypadku ceramiki piezoelektrycznej P to siła polaryzacji, ε0 to przenikalność próżniowa, E to podatność elektryczna, a E to przyłożone pole elektryczne.Różne zastosowania piezoelektrycznych elementów ceramicznych mają różne wymagania dotyczące stałej dielektrycznej ceramiki piezoelektrycznej.Na przykład elementy audio, takie jak piezoelektryczne głośniki ceramiczne, wymagają dużej stałej dielektrycznej ceramiki, podczas gdy piezoelektryczne elementy ceramiczne o wysokiej częstotliwości wymagają małej stałej dielektrycznej materiału.

Współczynnik sprężystości ceramiki piezoelektrycznej jest parametrem odzwierciedlającym zależność między odkształceniem ceramiki a przyłożoną siłą.Podobnie jak inne elastomery, piezoelektryczne materiały ceramiczne są zgodne z prawem Hooke'a: Xmn=cmnpqxmnpq, gdzie cmnpq nazywa się stałą twardości elastycznej elastomeru, X to naprężenie, a x to odkształcenie.W przypadku korpusów piezoelektrycznych, ze względu na piezoelektryczność, wartość współczynnika sprężystości związana jest z elektrycznymi warunkami brzegowymi.

Piezoelektryczność ceramiki piezoelektrycznej:

Największą cechą ceramiki piezoelektrycznej jest piezoelektryczność, w tym piezoelektryczność dodatnia i piezoelektryczność odwrotna.Dodatnia piezoelektryczność odnosi się do względnego przesunięcia centrów ładunków dodatnich i ujemnych w niektórych dielektrykach pod działaniem mechanicznej siły zewnętrznej, która powoduje polaryzację, co prowadzi do pojawienia się ładunków związanych o przeciwnych znakach na powierzchniach dielektryków.W przypadku, gdy siła zewnętrzna nie jest zbyt duża, gęstość jej ładunku jest proporcjonalna do siły zewnętrznej według wzoru:

gdzie δ jest gęstością ładunku powierzchniowego, d jest stałą piezoelektryczną odkształcenia, a T jest naprężeniem rozciągającym.I odwrotnie, gdy zewnętrzne pole elektryczne zostanie przyłożone do dielektryka piezoelektrycznego, dodatnie i ujemne centra ładunku wewnątrz dielektryka ulegają względnemu przemieszczeniu i są spolaryzowane, a przemieszczenie powoduje odkształcenie dielektryka.Ten efekt nazywa się odwrotną piezoelektrycznością.Gdy pole elektryczne nie jest bardzo silne, deformacja ma liniową zależność od zewnętrznego pola elektrycznego według wzoru:

dt jest odwrotną piezoelektryczną stałą odkształcenia, to znaczy transponowaną macierzą d, E jest przyłożonym polem elektrycznym, a x jest odkształceniem.Siła efektu piezoelektrycznego odzwierciedla stopień sprzężenia między właściwościami sprężystymi a właściwościami dielektrycznymi kryształu, który jest reprezentowany przez współczynnik sprzężenia elektromechanicznego K, który jest zgodny ze wzorem:

gdzie u12 to energia piezoelektryczna, u1 to energia sprężystości, a u2 to energia dielektryczna.

Mechanizmy fizyczne właściwości piezoelektrycznych:

Dwa końce spolaryzowanego piezoelektrycznego arkusza ceramicznego będą miały związane ładunki, więc warstwa wolnych ładunków ze świata zewnętrznego zostanie zaadsorbowana na powierzchni elektrody.Gdy na arkusz ceramiczny zostanie przyłożone ciśnienie zewnętrzne F, wyładowanie następuje na obu końcach arkusza.Wręcz przeciwnie, jeśli zostanie pociągnięty, wystąpi zjawisko ładowania.Zjawisko, w którym ten efekt mechaniczny przekształca się w efekt elektryczny, należy do dodatniego efektu piezoelektrycznego.

Ponadto ceramika piezoelektryczna ma właściwość polaryzacji spontanicznej, a polaryzację spontaniczną można przekształcić pod działaniem zewnętrznego pola elektrycznego.Dlatego też, gdy zewnętrzne pole elektryczne zostanie przyłożone do dielektryka piezoelektrycznego, nastąpi zmiana pokazana na rysunku i piezoelektryczna ceramika ulegnie odkształceniu.Jednak powodem deformacji ceramiki piezoelektrycznej jest to, że przyłożenie tego samego zewnętrznego pola elektrycznego co polaryzacja spontaniczna jest równoznaczne ze zwiększeniem siły polaryzacji.Wzrost siły polaryzacyjnej powoduje wydłużenie piezoelektrycznego arkusza ceramicznego w kierunku polaryzacji.Wręcz przeciwnie, jeśli zostanie przyłożone odwrotne pole elektryczne, arkusz ceramiczny skraca się wzdłuż kierunku polaryzacji.Zjawisko to, przekształcane w efekt mechaniczny w wyniku efektu elektrycznego, jest odwrotnym efektem piezoelektrycznym.

Inne funkcje:

Ceramika piezoelektryczna ma czułe właściwości i może przetwarzać bardzo słabe wibracje mechaniczne na sygnały elektryczne, które mogą być stosowane w systemach sonarowych, wykrywaniu pogody, telemetrii, ochronie środowiska, sprzęcie AGD itp. Wrażliwość ceramiki piezoelektrycznej na siły zewnętrzne umożliwia nawet wyczuwanie zakłócenie powietrza spowodowane przez latające owady machające skrzydłami w odległości ponad dziesięciu metrów.Wykorzystanie go do budowy sejsmometrów piezoelektrycznych może dokładnie mierzyć intensywność trzęsień ziemi oraz wskazywać azymut i odległość trzęsień ziemi.Trzeba powiedzieć, że jest to wielki wyczyn ceramiki piezoelektrycznej.

Odkształcenie ceramiki piezoelektrycznej pod wpływem pola elektrycznego jest bardzo małe, nie więcej niż jedna dziesięciomilionowa jej własnego rozmiaru.Nie lekceważ tej małej zmiany.Sterowanie precyzyjnymi instrumentami i maszynami, technologia mikroelektroniki, bioinżynieria i inne dziedziny są wielkim dobrodziejstwem.

Urządzenia sterujące częstotliwością, takie jak rezonatory i filtry, są kluczowymi elementami, które określają wydajność sprzętu komunikacyjnego.Ceramika piezoelektryczna ma pod tym względem oczywiste zalety.Ma dobrą stabilność częstotliwości, wysoką precyzję, szeroki zakres częstotliwości, mały rozmiar, brak absorpcji wilgoci i długą żywotność.Zwłaszcza w wielokanałowym sprzęcie komunikacyjnym może poprawić działanie przeciwzakłóceniowe, co sprawia, że ​​poprzedni sprzęt elektromagnetyczny nie może patrzeć wstecz i stawić czoła problemowi przytłoczenia.Alternatywne przeznaczenie.