efecto piezoeléctrico de cerámicas piezoeléctricas

Cuando se polara la cerámica piezoeléctrica, hay una fuerte polarización de campo residual dentro del material cerámico. Cuando el material cerámico está sujeto a una fuerza externa, el límite de los movimientos de dominio está causando un cambio en la intensidad de la polarización y lo que resulta en un efecto piezoeléctrico.

La cerámica piezoeléctrica polarizada tiene un coeficiente piezoeléctrico muy alto, que es aproximadamente varios cientos de veces que la de un cristal de cuarzo, pero la resistencia mecánica es inferior a la de un cristal de cuarzo.

El transductor de placas piezocerámicas son sustancias tales como ferroelectrics, y se fabrican artificialmente materiales piezoeléctricos policristalinos que tienen una estructura de dominio similar a la estructura de dominio magnético de los materiales ferromagnéticos. Un dominio es una región en la que se forma una molécula espontáneamente. Tiene una cierta dirección de polarización, de modo que exista un cierto campo eléctrico. En ausencia de un campo eléctrico externo, los dominios individuales se distribuyen aleatoriamente en el cristal, y sus efectos de polarización se cancelan entre sí, por lo que la cerámica piezoeléctrica original tiene cero polarización interna.

Sin embargo, cuando el voltímetro se conectó a los dos electrodos de la lámina de cerámica para la medición, la polarización existente dentro de la hoja de cerámica no se pudo medir. Esto se debe a que la polarización en la hoja de piezocerámica siempre se expresa en forma de un momento de dipolo eléctrico, es decir, se produce una carga con un límite positiva en un extremo de la cerámica y se produce una carga unida negativamente en el otro extremo. Debido a la acción de la carga unida, se adsorbe una carga desde el exterior en la superficie del electrodo de la hoja de cerámica. Estos cargos gratuitos son iguales a la señal de carga enlazada en la hoja de cerámica, que actúa para proteger y contrarrestar los efectos de la polarización dentro de la lámina de cerámica en el mundo exterior. Por lo tanto, el voltímetro no puede medir el grado de polarización en la hoja de cerámica.

Si se aplica una presión F paralela a la dirección de la polarización a la lámina de cerámica, como se muestra en la figura, la hoja de cerámica se someterá a la deformación de compresión (línea discontinua en la figura), la distancia entre los cargos límites positivos y negativos en la hoja Se vuelve más pequeño, y la intensidad de la polarización también cambia. Por lo tanto, se libera una parte de la carga libre originalmente adsorbida en el electrodo, y se produce un fenómeno de carga. Cuando se elimina la presión, la pieza cerámica vuelve a su estado original (este es un proceso de expansión), la distancia entre los cargos positivos y negativos en la película se vuelve más grande, y la intensidad de polarización también se hace más grande, de modo que algunos cargos libres son Se produce adsorbido en el electrodo y el fenómeno de carga. Este fenómeno de cambiar de mecánico a eléctrico, o de mecánico a eléctrico, es el efecto piezoeléctrico positivo.

De manera similar, si se aplica un campo eléctrico de la misma dirección de polarización de cerámica piezoerica de alta potencia, como se muestra en la figura, ya que la dirección del campo eléctrico es el mismo que la dirección de la polarización, la acción de la eléctrica. El campo aumenta la polarización. En este momento, la distancia entre los cargos límites positivos y negativos en la lámina de cerámica también aumenta, es decir, la lámina de cerámica se alarga en la dirección de polarización (línea discontinua en la figura). De manera similar, si la dirección del campo eléctrico aplicado es opuesto a la dirección de la polarización, la lámina de cerámica se acorta en la dirección de la polarización. Este fenómeno de convertirse en un efecto mecánico debido a un efecto eléctrico o una transición de energía eléctrica a energía mecánica es un efecto piezoeléctrico inverso.

Se puede ver que la cerámica piezoeléctrica tiene un efecto piezoeléctrico debido a la polarización espontánea dentro de la cerámica. Después de que la polarización espontánea está sujeta al proceso de polarización y se ve obligado a alinearse, la polarización residual está presente en la cerámica. Si la acción externa (como la acción de presión o campo eléctrico) puede cambiar la polarización, la cerámica piezoe tendrá un efecto piezoeléctrico. Además, se puede ver que los cargos polarizados en la cerámica son cargos vinculados, no los cargos no pueden moverse libremente. Por lo tanto, el fenómeno de descarga o carga generado en la cerámica se debe al cambio de la polarización interna de la cerámica, que está causando la liberación o la reposición de la carga libre en la superficie del electrodo.

Cuando la cerámica piezoeléctrica está sujeta a una fuerza FZ en la dirección de polarización (dirección z) en el plano de polarización (es decir, la fuerza es perpendicular al plano de polarización), luego en los dos planos de polarización plateados (o oro), respectivamente positivos. y aparecen cargos negativos, la cantidad de carga QZZ es proporcional a la Fuerza FZ, es decir:

Material piezoeléctrico:

Cristales piezoeléctricos, tales como cuarzo;
Cerámica piezoeléctrica, como titanato de bario, titanato de circonncia de plomo, etc.;
Semiconductores piezoeléctricos tales como sulfuro de zinc, telururo de cadmio y similares.

Requisitos para propiedades de material piezoeléctrico:

Las ventajas pendientes de las tiras de cerámica piezoeléctricas Los cristales de cuarzo son muy estables para el rendimiento, la alta resistencia mecánica y las excelentes propiedades de aislamiento. Sin embargo, los materiales de cuarzo son caros y tienen un coeficiente piezoeléctrico mucho menor que las cerámicas piezoeléctricas. Por lo tanto, generalmente se usa solo en los instrumentos estándar o sensores que requieren requisitos más altos. Debido a que el cuarzo es un cristal anisotrópico, las propiedades físicas (como elasticidad, efecto piezoeléctrico, características de temperatura, etc.) de obleas cortadas en diferentes direcciones varían mucho. Para diseñar el sensor de cuarzo, la forma de corte del cuarzo se selecciona correctamente de acuerdo con los diferentes requisitos de la aplicación.