Caracteristicile ceramicii piezoelectrice cu ultrasunete
Ceramica piezoelectrică cu ultrasunete este o clasă de materiale ceramice electronice cu proprietăți piezoelectrice. Principala diferență față de cristalele de cuarț piezoelectrice tipice care nu conțin componente feroelectrice este că fazele cristaline care alcătuiesc componentele lor principale sunt toate granule feroelectrice Deoarece ceramica sunt agregate policristaline cu granule orientate aleatoriu, vectorul de polarizare spontană al fiecărui granu feroelectric este, de asemenea, haotic. orientat. Pentru ca ceramica să prezinte proprietăți piezoelectrice macroscopice, trebuie să fie arse în ceramică piezoelectrică. După ce a fost format și combinat cu electrodul compozit pe fața de capăt, acesta este plasat sub un câmp electric de curent continuu puternic pentru tratamentul de polarizare, astfel încât vectorii de polarizare respectivi ai orientării dezordonate inițiale să fie orientați de preferință de-a lungul direcției câmpului electric. Ceramica piezoelectrică după tratamentul de polarizare, în După anularea câmpului electric, se va păstra o anumită polarizare remanentă macroscopică, astfel încât ceramica să aibă anumite proprietăți piezoelectrice.
Proprietăți dielectrice și elastice:
Proprietatea dielectrică a ceramicii piezoelectrice reflectă gradul de răspuns al materialului ceramic la un câmp electric extern, care este de obicei reprezentat de constanta dielectrică ε0. Când câmpul electric extern nu este prea mare, se poate folosi o relație liniară pentru răspunsul dielectricului la câmpul electric:
Pentru ceramica piezoelectrică, P este puterea de polarizare, ε0 este permisivitatea în vid, E este susceptibilitatea electrică și E este câmpul electric aplicat. Diferitele utilizări ale componentelor ceramice piezoelectrice au cerințe diferite pentru constanta dielectrică a ceramicii piezoelectrice. De exemplu, componentele audio, cum ar fi difuzoarele ceramice piezoelectrice, necesită o constantă dielectrică mare a ceramicii, în timp ce componentele ceramice piezoelectrice de înaltă frecvență necesită o constantă dielectrică mică a materialului.
Coeficientul elastic al ceramicii piezoelectrice este un parametru care reflectă relația dintre deformarea ceramicii și forța aplicată. Ca și alți elastomeri, materialele ceramice piezoelectrice urmează legea lui Hooke: Xmn=cmnpqxmnpq, unde cmnpq se numește constanta durității elastice a elastomerului, X este tensiunea și x este deformarea. Pentru corpurile piezoelectrice, datorită piezoelectricității, valoarea coeficientului elastic este legată de condițiile electrice la limită.
Piezoelectricitatea ceramicii piezoelectrice:
Cea mai mare caracteristică a ceramicii piezoelectrice este piezoelectricitatea, inclusiv piezoelectricitatea pozitivă și piezoelectricitatea inversă. Piezoelectricitatea pozitivă se referă la deplasarea relativă a centrelor de sarcină pozitivă și negativă din unele dielectrice sub acțiunea forței mecanice externe, ceea ce determină polarizarea, ceea ce duce la apariția sarcinilor legate cu semne opuse pe suprafețele dielectricilor. În cazul în care forța externă nu este prea mare, densitatea sa de sarcină este proporțională cu forța externă, urmând formula:
unde δ este densitatea de sarcină la suprafață, d este constanta deformarii piezoelectrice și T este efortul de tracțiune. În schimb, atunci când un câmp electric extern este aplicat unui dielectric piezoelectric, centrele de sarcină pozitive și negative din interiorul dielectricului suferă o deplasare relativă și sunt polarizate, iar deplasarea provoacă deformarea dielectricului. Acest efect se numește piezoelectricitate inversă. Când câmpul electric nu este foarte puternic, deformația are o relație liniară cu câmpul electric extern, urmând formula:
dt este constanta de deformare piezoelectrică inversă, adică matricea transpusă a lui d, E este câmpul electric aplicat, iar x este deformarea. Puterea efectului piezoelectric reflectă gradul de cuplare dintre proprietățile elastice și proprietățile dielectrice ale cristalului, care este reprezentat de coeficientul de cuplare electromecanic K, care urmează formula:
unde u12 este energia piezoelectrică, u1 este energia elastică și u2 este energia dielectrică.
Mecanisme fizice ale proprietăților piezoelectrice:
Cele două capete ale foii ceramice piezoelectrice polarizate vor avea sarcini legate, astfel încât un strat de sarcini libere din lumea exterioară este adsorbit pe suprafața electrodului. Când o presiune externă F este aplicată pe placa ceramică, descărcarea are loc la ambele capete ale foii. Dimpotrivă, dacă este tras, se va produce fenomenul de încărcare. Fenomenul în care acest efect mecanic este transformat într-un efect electric aparține efectului piezoelectric pozitiv.
În plus, ceramica piezoelectrică are proprietatea polarizării spontane, iar polarizarea spontană poate fi transformată sub acțiunea unui câmp electric extern. Prin urmare, atunci când un câmp electric extern este aplicat unui dielectric piezoelectric, se va produce schimbarea așa cum se arată în figură și ceramica piezoelectrică va fi deformată. Cu toate acestea, motivul pentru care ceramica piezoelectrică se deformează este că atunci când se aplică același câmp electric extern ca polarizarea spontană, este echivalent cu creșterea puterii de polarizare. Creșterea forței de polarizare face ca foaia ceramică piezoelectrică să se alungească în direcția de polarizare. Dimpotrivă, dacă se aplică câmpul electric invers, placa ceramică se scurtează de-a lungul direcției de polarizare. Acest fenomen, care este transformat într-un efect mecanic datorită unui efect electric, este efectul piezoelectric invers.
Alte caracteristici:
Ceramica piezoelectrică are caracteristici sensibile și poate converti vibrațiile mecanice extrem de slabe în semnale electrice, care pot fi utilizate în sisteme sonar, detectarea vremii, protecția mediului prin telemetrie, aparate electrocasnice etc. Sensibilitatea ceramicii piezoelectrice la forțele externe face chiar posibilă detectarea. perturbarea aerului cauzată de insectele zburătoare care bat din aripi la mai mult de zece metri distanță. Folosirea acestuia pentru a face seismometre piezoelectrice poate măsura cu precizie intensitatea cutremurelor și poate indica azimutul și distanța cutremurelor. Trebuie spus că aceasta este o mare ispravă a ceramicii piezoelectrice.
The deformation of piezoelectric ceramics under the action of the electric field is very small, at most no more than one ten-millionth of its own size. Don't underestimate this small change. Control of precision instruments and machinery, microelectronics technology, bioengineering and other fields are a great boon.
Dispozitivele de control al frecvenței, cum ar fi rezonatoarele și filtrele sunt componente cheie care determină performanța echipamentului de comunicație. Ceramica piezoelectrică are avantaje evidente în acest sens. Are o bună stabilitate a frecvenței, precizie ridicată, gamă largă de frecvență aplicabilă, dimensiune mică, fără absorbție de umiditate și viață lungă. În special în echipamentele de comunicație multicanal, poate îmbunătăți performanța anti-interferență, ceea ce face ca echipamentul electromagnetic anterior să nu poată privi înapoi și să se confrunte cu problema de a fi copleșit. Destin alternativ.
