Ultraäänipietsosähköisen keramiikan ominaisuudet
Ultraäänipietsosähköinen keramiikka on luokka elektronisia keraamisia materiaaleja, joilla on pietsosähköisiä ominaisuuksia. Suurin ero tyypillisistä pietsosähköisistä kvartsikiteistä, jotka eivät sisällä ferrosähköisiä komponentteja, on se, että niiden pääkomponentit muodostavat kidefaasit ovat kaikki ferrosähköisiä rakeita. Koska keramiikka on monikiteisiä aggregaatteja, joissa on satunnaisesti suuntautuneita rakeita, jokaisen ferrosähköisen rakeen spontaani polarisaatiovektori on myös chaotti. suuntautunut. Jotta keramiikalla olisi makroskooppisia pietsosähköisiä ominaisuuksia, se on poltettava pietsosähköisessä keramiikassa. Sen jälkeen kun se on muodostettu ja yhdistetty päätypinnassa olevan komposiittielektrodin kanssa, se asetetaan voimakkaan tasavirtasähkökentän alle polarisaatiokäsittelyä varten siten, että alkuperäisen epäsäännöllisen orientaation vastaavat polarisaatiovektorit ovat ensisijaisesti suunnattu sähkökentän suuntaa pitkin. Pietsosähköinen keramiikka polarisaatiokäsittelyn jälkeen, kun sähkökenttä on kumottu, tietty makroskooppinen remanentti polarisaatio säilyy, joten keramiikalla on tietyt pietsosähköiset ominaisuudet.
Dielektriset ja elastiset ominaisuudet:
Pietsosähköisen keramiikan dielektrisyys heijastaa keraamisen materiaalin vasteastetta ulkoiseen sähkökenttään, jota yleensä edustaa dielektrisyysvakio ε0. Kun ulkoinen sähkökenttä ei ole liian suuri, voidaan käyttää lineaarista suhdetta dielektrisen vasteen sähkökenttään:
Pietsosähköisissä keramiikassa P on polarisaatiovoimakkuus, ε0 on tyhjiön permittiivisyys, E on sähköinen susceptibiliteetti ja E on käytetty sähkökenttä. Pietsosähköisten keraamisten komponenttien eri käyttökohteissa on erilaiset vaatimukset pietsosähköisen keramiikan dielektrisyysvakiolle. Esimerkiksi audiokomponentit, kuten pietsosähköiset keraamiset kaiuttimet, vaativat keramiikan suuren dielektrisyysvakion, kun taas korkeataajuiset pietsosähköiset keraamiset komponentit vaativat materiaalin pienen dielektrisyysvakion.
Pietsosähköisen keramiikan elastisuuskerroin on parametri, joka heijastaa keramiikan muodonmuutoksen ja käytetyn voiman välistä suhdetta. Kuten muut elastomeerit, pietsosähköiset keraamiset materiaalit noudattavat Hooken lakia: Xmn=cmnpqxmnpq, jossa cmnpq:tä kutsutaan elastomeerin kimmoisuusvakioksi, X on jännitys ja x on venymä. Pietsosähköisillä kappaleilla pietsosähköisyydestä johtuen elastisuuskertoimen arvo liittyy sähköisiin rajaehtoihin.
Pietsosähköisen keramiikan pietsosähköisyys:
Pietsosähköisen keramiikan suurin ominaisuus on pietsosähköisyys, mukaan lukien positiivinen pietsosähköisyys ja käänteinen pietsosähköisyys. Positiivisella pietsosähköisyydellä tarkoitetaan joidenkin eristeiden positiivisten ja negatiivisten varauskeskusten suhteellista siirtymistä mekaanisen ulkoisen voiman vaikutuksesta, mikä aiheuttaa polarisaatiota, joka johtaa sidotun varauksen ilmaantumiseen vastakkaisilla merkeillä eristeiden pinnoille. Siinä tapauksessa, että ulkoinen voima ei ole liian suuri, sen varaustiheys on verrannollinen ulkoiseen voimaan seuraavan kaavan mukaisesti:
missä δ on pintavarauksen tiheys, d on pietsosähköinen jännitysvakio ja T on vetojännitys. Päinvastoin, kun ulkoinen sähkökenttä kohdistetaan pietsosähköiseen eristeeseen, eristeen sisällä olevat positiiviset ja negatiiviset varauskeskukset siirtyvät suhteellisesti ja ovat polarisoituneita, ja siirtymä saa eristeen muotoaan. Tätä vaikutusta kutsutaan käänteispietsosähköisyydeksi. Kun sähkökenttä ei ole kovin voimakas, muodonmuutoksella on lineaarinen suhde ulkoiseen sähkökenttään seuraavan kaavan mukaisesti:
dt on käänteinen pietsosähköinen jännitysvakio, eli d:n transponoitu matriisi, E on käytetty sähkökenttä ja x on venymä. Pietsosähköisen vaikutuksen vahvuus heijastaa kiteen elastisten ominaisuuksien ja dielektristen ominaisuuksien välistä kytkentäastetta, jota edustaa sähkömekaaninen kytkentäkerroin K, joka seuraa kaavaa:
missä u12 on pietsosähköinen energia, u1 on elastinen energia ja u2 on dielektrinen energia.
Pietsosähköisten ominaisuuksien fyysiset mekanismit:
Polarisoidun pietsosähköisen keraamisen levyn kahdessa päässä on sidotut varaukset, joten kerros vapaita varauksia ulkomaailmasta adsorboituu elektrodin pinnalle. Kun keraamiseen levyyn kohdistetaan ulkoinen paine F, purkaus tapahtuu levyn molemmissa päissä. Päinvastoin, jos sitä vedetään, latausilmiö tapahtuu. Ilmiö, jossa tämä mekaaninen vaikutus muuttuu sähköiseksi, kuuluu positiiviseen pietsosähköiseen ilmiöön.
Lisäksi pietsosähköisellä keramiikalla on spontaanin polarisaation ominaisuus, ja spontaani polarisaatio voidaan muuttaa ulkoisen sähkökentän vaikutuksesta. Siksi, kun ulkoinen sähkökenttä kohdistetaan pietsosähköiseen dielektriseen materiaaliin, tapahtuu kuvan mukainen muutos ja pietsosähköinen keramiikka vääristyy. Syy siihen, miksi pietsosähköinen keramiikka kuitenkin deformoituu, johtuu siitä, että kun käytetään samaa ulkoista sähkökenttää kuin spontaani polarisaatio, se vastaa polarisaatiovoimakkuuden lisäämistä. Polarisaatiovoimakkuuden kasvu saa pietsosähköisen keraamisen levyn pidentyä polarisaatiosuunnassa. Päinvastoin, jos käänteistä sähkökenttää käytetään, keraaminen levy lyhenee polarisaatiosuunnassa. Tämä ilmiö, joka muuttuu mekaaniseksi vaikutukseksi sähköisen vaikutuksen johdosta, on käänteinen pietsosähköinen vaikutus.
Muut ominaisuudet:
Pietsosähköisellä keramiikalla on herkkiä ominaisuuksia ja ne voivat muuntaa erittäin heikot mekaaniset värähtelyt sähköisiksi signaaleiksi, joita voidaan käyttää kaikujärjestelmissä, säänilmaisussa, telemetriassa ympäristönsuojelussa, kodinkoneissa jne. Pietsosähköisen keramiikan herkkyys ulkoisille voimille mahdollistaa jopa havaitsemisen yli kymmenen metrin päässä siipiään räpäyttävien lentävien hyönteisten aiheuttama ilman häiriö. Sen käyttäminen pietsosähköisten seismometrien valmistukseen voi mitata tarkasti maanjäristysten voimakkuuden ja osoittaa maanjäristysten atsimuutin ja etäisyyden. Tämän on sanottava olevan pietsosähköisen keramiikan hieno saavutus.
Pietsosähköisen keramiikan muodonmuutos sähkökentän vaikutuksesta on hyvin pieni, enintään kymmenen miljoonasosaa omasta koostaan. Älä aliarvioi tätä pientä muutosta. Tarkkuusinstrumenttien ja koneiden hallinta, mikroelektroniikkatekniikka, biotekniikka ja muut alat ovat suuri siunaus.
Taajuussäätölaitteet, kuten resonaattorit ja suodattimet, ovat avainkomponentteja, jotka määrittävät viestintälaitteiden suorituskyvyn. Pietsosähköisellä keramiikalla on ilmeisiä etuja tässä suhteessa. Sillä on hyvä taajuuden vakaus, korkea tarkkuus, laaja taajuusalue, pieni koko, ei kosteuden imeytymistä ja pitkä käyttöikä. Erityisesti monikanavaisissa viestintälaitteissa se voi parantaa häiriönestokykyä, minkä vuoksi aiemmat sähkömagneettiset laitteet eivät pysty katsomaan taaksepäin ja kohtaavat ylikuormituksen ongelman. Vaihtoehtoinen kohtalo.
