Análisis de características cerámicas piezoeléctricas.

Efecto piezoeléctrico y efecto dieléctrico de cerámica piezoeléctrica.

El efecto piezoeléctrico es que cuando algunos dieléctricos están deformados por una fuerza externa en una determinada dirección, se produce polarización en el interior, y aparecen cargas opuestas positivas y negativas en las dos superficies opuestas de la misma. Cuando se elimina la fuerza externa, volverá al estado no cargado. Este fenómeno se llama en el efecto piezoeléctrico positivo. Cuando cambia la dirección de la fuerza, la polaridad de la carga también cambia. Por el contrario, cuando se aplica un campo eléctrico en la dirección de polarización de la dieléctrica, estos dielectricos también están deformados, y la deformación del dieléctrico desaparece después de eliminar el campo eléctrico. Este fenómeno se llama un efecto piezoeléctrico inverso o electrostricción. Un tipo de sensor desarrollado en base al efecto piezoeléctrico dieléctrico se denomina sensor de cristales piezoeléctricos.

Cualquier medio en el campo eléctrico causará deformación del medio debido al efecto de la polarización inducida, y esta deformación es diferente de la deformación causada por el efecto piezoeléctrico inverso. El dieléctrico puede estar deformado elásticamente por una fuerza externa, el sensor de golpe cerámico piezoeléctrico puede ser deformado por la polarización del campo eléctrico externo. La deformación debido a la polarización inducida es proporcional al cuadrado del campo eléctrico externo, que es un efecto electrocrostrictivo. . La deformación que produce es independiente de la dirección del campo eléctrico externo. La deformación causada por el efecto piezoeléctrico inverso es proporcional al campo eléctrico externo, y cuando el campo eléctrico se invierte, la deformación también cambia (por ejemplo, el alargamiento original puede acortarse, o el acortamiento original se puede cambiar a la elongación). Además, el efecto electrocrictivo está presente en todos los dieléctricos, ya sea que no sea piezoeléctrico o piezoeléctrico, tiene solo los efectos electrocrictivos de los cristales dieléctricos de diferentes estructuras. El efecto piezoeléctrico inverso solo se encuentra en los cristales de cerámica piezoeléctrica.

Un cristal cerámico piezoico de PZT que produce un efecto piezoeléctrico se llama cristal piezoeléctrico. Un tipo de cristal piezoeléctrico es un solo cristal tal como cuarzo (SiO2), tartrato de potasio de sodio (también conocido como sal de perdedor, nakc4h4o6.h2o), rutenato de bismuto (BI12GEO20). Otro tipo de cristal piezoeléctrico se llama cerámica piezoeléctrica, como el titanato de bario (BATIVE3), el titanato de plomo Zirconate PB (ZRXTIRX) O3, el titanato de circonio del magnesio del liderazgo que se realiza en Japón, agregado a PZT, el manganeso de bismuto hecho en China. El plomo Zirconate Titanate PB (MN1 / 2SB2 / 3) O3 se agregó a PIT.

El dieléctrico es un aislante que se puede electrodizar. El uso de dielectrics es bastante extenso. La conductividad dieléctrica del elemento cerámico piezoeléctrico es muy bajo, acoplado con las buenas propiedades de la resistencia dieléctrica, que se pueden usar para hacer aislantes eléctricos. Además, el dieléctrico puede ser altamente electrodepositado y es un excelente material condensador. El estudio de las propiedades dieléctricas implica el almacenamiento y la disipación de la energía eléctrica y magnética dentro del material. Este estudio es extremadamente importante para explicar los diversos fenómenos de electrónica, óptica y física estatal sólida. Las propiedades dieléctricas se refieren a las propiedades del almacenamiento y la pérdida de energía electrostática bajo la acción de un campo eléctrico, generalmente expresado por la pérdida dieléctrica y dieléctrica. Cuando se aplica la tecnología de alta frecuencia a los materiales, como los pisos compuestos de madera maciza, las propiedades dieléctricas son muy importantes cuando se utiliza el prensado en caliente de alta frecuencia. Cuando se aplica el medio con un campo eléctrico, se genera una carga inducida para debilitar el campo eléctrico. La relación del campo eléctrico aplicado original (en vacío) al campo eléctrico en el medio final es la permitividad, también conocida como la tasa actual inducida.

En el electromagnetismo, cuando se aplica un campo eléctrico de discos de botón piezoeléctrico a un dieléctrico, se genera un dipolo eléctrico debido al desplazamiento relativo de los cargos positivos y negativos dentro del dieléctrico. Este fenómeno se llama a polarización eléctrica. El campo eléctrico aplicado puede ser un campo eléctrico externo o un campo eléctrico generado por una carga libre incrustada dentro del dieléctrico. El dipolo eléctrico generado por la polarización se llama \"dipolo eléctrico inductivo\", y su momento de dipolo eléctrico se llama al momento de dipolo eléctrico inductivo. La cerámica piezo es tener una capacidad de formación de electrodos en la acción de un campo eléctrico. Dividido en aislamiento eléctrico, condensadores, cerámica piezoeléctrica, piraléctrica y fereléctrica de acuerdo con su uso y rendimiento.

Polarización de cerámica piezoeléctrica dieléctrica.

Los cristales de cerámica piezoeléctrica son dieléctricos dieléctricos y anisotrópicos, por lo que las propiedades dieléctricas de los cristales piezoeléctricos son diferentes de los de dieléctricos isotrópicos.

El dieléctrico está polarizado bajo la acción de un campo eléctrico, y el estado de polarización es un estado en el que el campo eléctrico ejerce una fuerza de desplazamiento relativa en el punto de carga del dieléctrico y un equilibrio temporal de atracción mutua entre los cargos. El campo eléctrico es la causa externa de la polarización. La causa interna de polarización radica en el interior del medio. Con los procesos microscópicos dentro del medio, hay tres mecanismos principales de polarización.

(1) un átomo o ion que constituye un dieléctrico. Bajo la acción de un campo eléctrico, un núcleo cargado positivamente no coincide con el centro negativo de su electrón de shell, generando así un momento de dipolo eléctrico. Esta polarización se llama polarización de desplazamiento de electrones.

(2) Los iones positivos y negativos que conforman los dieléctricos experimentan un desplazamiento relativo bajo la acción de un campo eléctrico, lo que resulta en un momento de dipolo eléctrico llamado polarización de desplazamiento de iones.

(3) Las moléculas que conforman la dieléctrica son moléculas polares con un cierto momento eléctrico intrínseco, pero debido al movimiento térmico, la orientación está desordenada y el momento eléctrico total de todo el dieléctrico es cero. Cuando un campo eléctrico externo actúa, estos momentos de dipolo eléctricos se alinearán a lo largo del campo exterior, el cristal piezoeléctrico de ultrasonido está produciendo un momento de dipolo eléctrico macroscópico en el dieléctrico, que se llama polarización de orientación.

1. Polarización de desplazamiento de una molécula infinita.

Cuando la dieléctrica electrodales se encuentra en un campo eléctrico externo en la acción de la fuerza de campo eléctrico, los centros de carga positiva y negativa de la molécula producirán desplazamientos relativos para formar un dipolo eléctrico, y sus momentos de dipolo eléctricos equivalentes están orientados a lo largo de la dirección. del campo eléctrico. Para un piezoeléctrico dieléctrico en su conjunto, ya que cada molécula en el dieléctrico forma dipolos eléctricos, están dispuestos en el dieléctrico. Los cargos positivos y negativos de dipolos eléctricos adyacentes en el dieléctrico están cerca uno del otro. Si el dieléctrico es uniforme, sigue siendo neutro eléctricamente a lo largo de él, pero en la superficie de la dieléctrica que es perpendicular a la intensidad del campo eléctrico externo E0. Habrá cargos positivos y negativos, respectivamente, que no pueden abandonar el dieléctrico y no pueden moverse libremente en el dieléctrico, este fenómeno de cargos polarizados en la dieléctrica bajo la acción de un campo eléctrico externo se llama polarización de la dieléctrica. El campo eléctrico externo más fuerte, mayor será el desplazamiento relativo entre los centros de carga positiva y negativa de cada molécula, la mayor es el momento del dipolo eléctrico de la molécula, los cargos más polarizados aparecen en ambas superficies del dieléctrico, y la alta alta polarizada . Cuando se elimina el campo eléctrico externo del transductor piezoeléctrico de frecuencia de resonancia, los centros de los cargos positivos y negativos son nuevamente coincidentes (P = 0), por lo que este tipo de molécula puede considerarse como un dipolo eléctrico elástico cuya fuerza elástica está conectada por dos Cargos eléctricos equivalentes equivalentes. La magnitud del momento del dipolo eléctrico P es proporcional a la fuerza del campo. Dado que la polarización de la molécula infinita se encuentra en el desplazamiento relativo del centro de los cargos positivos y negativos, a menudo se llama un poco.

Polarización orientada a las moléculas polares.

En cuanto al dieléctrico molecular polar, el centro de los cargos positivos y negativos en la molécula es equivalente a un dipolo eléctrico. Bajo la acción del campo eléctrico externo, se someterá a un momento, de modo que el momento del dipolo eléctrico P de la molécula se vuelva a la dirección del campo eléctrico. Debido a la interferencia del movimiento térmico molecular, esta dirección es pequeña, y es imposible alinear los momentos de dipolo eléctrico de todas las moléculas a lo largo de la dirección del campo eléctrico. El campo eléctrico externo más fuerte de la cerámica piezoeléctrica de electrodo piezoeléctrico, más ordenada es la orden de dirección del momento del dipolo eléctrico de la molécula. A nivel macroscópico, los cargos más polarizados aparecen en ambas superficies perpendiculares al campo eléctrico dieléctrico y externo, mayor grado de polarización. Cuando se retira el campo eléctrico externo, la dirección del momento del dipolo eléctrico de la molécula se convierte en una disposición irregular debido al movimiento térmico de las moléculas, y el dieléctrico sigue siendo neutral. La polarización de las moléculas polares se encuentra en la dirección en la que el dipolo eléctrico equivalente se convierte en el campo eléctrico externo, por lo que se llama polarización de orientación. En general, mientras que las moléculas están polarizadas al mismo tiempo, también hay polarización de desplazamiento. Aunque los procesos microscópicos de polarización de dos tipos de dieléctricos, polar son diferentes, pero los efectos macroscópicos son los mismos. Los cargos polarizados de diferentes números, los sensores de placa piezoeléctrica aparecen en las dos superficies opuestas de la dieléctrica, y aumenta el campo eléctrico externo. Aparecen los cargos más polarizados. Por lo tanto, cuando el fenómeno de polarización de la dieléctrica se describe macroscópicamente a continuación, no es necesario dividir en dos tipos de dieléctricos para la discusión.

3. Ferroelectricidad de cristales de cerámica piezoeléctricos.

La polarización de algunos dielectrics es muy especial. En un cierto rango de temperatura, sus constantes dieléctricas no son constantes, sino que varían con fuerza de campo, y después de eliminar el campo eléctrico externo, estos dielectricos no son neutrales. Hay polarización residual. Para ser análogas al hecho de que los materiales ferromagnéticos pueden permanecer magnetizados, esta propiedad del transductor de cerámica piezo a menudo se conoce como ferroelectricidad. Un dieléctrico ferroeléctrico se llama ferroeléctrico. Entre ellos, la cerámica de titanato de bario (BATIVE3), el cristal de tartrato de potasio de sodio (NAKC4H4O6⋅H2O) y similares son las más prominentes. Los ferroelectricos exhibirán histéresis durante el proceso de electrodeposición. El bucle de histéresis muestra que la polarización entre el cuerpo ferroeléctrico y el campo eléctrico aplicado no es lineal, y la polarización se invierte a medida que se revierte el campo eléctrico externo. La inversión de polarización es el resultado de la inversión de dominios, por lo que el bucle de histéresis indica la presencia de dominios en la ferroeléctrica. Los dominios llamados son pequeñas regiones en las que las direcciones de polarización espontánea en las ferroelectrics son uniformes y los dominios. El límite entre ellos se llama la pared de dominio. Los cristales ferroeléctricos de los productos cerámicos piezoeléctricos generalmente son múltiples dominios, la polarización espontánea en cada dominio tiene la misma dirección, y la polarización espontánea en los diferentes dominios es fuerte.

Para las ferroeléctricas policristalinas, no hay regularidad entre las orientaciones relativas de la polarización espontánea en los diferentes dominios para todo el policristal debido a la arbitrariedad completa de la orientación de los ejes de cristal entre los granos.

Las ferroeléctricas generalmente no forman espontáneamente los dominios individuales, pero los cristales multidomináticos pueden ser monodominizados bajo un campo eléctrico externo fuerte. Bajo la acción de un campo eléctrico externo fuerte, el volumen de dominio de la polarización espontánea en el cristal múltiple en paralelo o cerca de la dirección del campo externo se expandirá rápidamente debido a la formación de nuevos núcleos de dominio y el movimiento de las paredes de dominio, y el volumen de dominio en otras direcciones disminuirá rápidamente. Los pequeños desaparecen, que están convirtiendo a todo el cristal en un solo dominio. Bajo la acción del campo eléctrico externo, el proceso dinámico del nuevo núcleo de dominio y el movimiento de la pared de dominio se denomina proceso de reversión de dominio. Esta inversión tiene algunas características de histéresis, por lo que la ferroeléctrica exhibe el bucle de histéresis mencionado anteriormente.

Teniendo en cuenta que un solo cristal piezoe asume que la orientación de la polarización espontánea tiene solo dos posibilidades. Es positivo y negativo a lo largo de un cierto eje de cristal; La dirección del campo eléctrico externo es paralelo al eje de polarización. Cuando el campo eléctrico externo es cero, la polarización de los dominios adyacentes en el cristal es opuesta, y el momento eléctrico total del cristal es cero. Cuando el campo eléctrico externo aumenta gradualmente, el volumen de dominio de la dirección de polarización espontánea opuesta a la dirección del campo eléctrico disminuirá gradualmente debido a la inversión del dominio, y esos dominios están teniendo la misma dirección que el campo eléctrico gradualmente Expandir, de modo que el cristal esté en la dirección del campo externo. La intensidad aumenta con el aumento del campo eléctrico. Cuando el campo eléctrico del elemento de disco piezoeléctrico aumenta lo suficiente como para revertir todos los dominios inversos en el cristal al campo externo, el cristal se convierte en un solo dominio, la polarización del cristal alcanza la saturación, y luego aumenta el campo eléctrico. La polarización aumentará linealmente con el campo eléctrico (igual que la polarización de un dieléctrico típico) y alcanzará un valor máximo PMAX, que es una función del campo eléctrico de la polarización más alta. Cuando la parte lineal se extrapola a cero campo eléctrico, la intersección resultante PS en el eje vertical se llama polarización saturada, que en realidad es la polarización espontánea de cada dominio. Cuando el campo eléctrico comienza a disminuir de C, la polarización disminuirá gradualmente a lo largo de la curva CB. Cuando el campo eléctrico del componente cerámico piezoeléctrico se reduce a cero, la polarización disminuye a un cierto valor PR, que se denomina polarización residual de la ferroeléctrica. Cuando el campo eléctrico cambia de dirección y aumenta a la CE en la dirección negativa, la polarización disminuye a cero, el campo eléctrico inverso continúa aumentando, y la polarización se invierte. EC se llama la fuerza de campo coercitiva de la ferroeléctrica. A medida que el campo eléctrico inverso continúa aumentando, la polarización continúa aumentando en la dirección negativa de gradiente y alcanza un valor de saturación (-PR) en la dirección negativa, y el transductor piezoeléctrico ultrasónico se convierte en un cristal de un solo dominio que tiene una polarización negativa. Si el campo eléctrico cambia continuamente de un alto valor negativo a un valor positivo alto, el dominio positivo comienza a formarse y volver a crecer hasta que todo el cristal se convierta en un solo cristal de dominio con polarización hacia adelante nuevamente. Durante este proceso, la polarización se devuelve al punto C a lo largo de la parte FGH de la línea de retorno. Por lo tanto, bajo la acción de un gran campo eléctrico alterno, el campo eléctrico cambia en una semana, y el proceso anterior se repite una vez, mostrando el bucle de histéresis mostrado. El área encerrada por la línea de retorno es la energía requerida para invertir la polarización dos veces.