Характеристики на ултразвукова пиезоелектрична керамика
Ултразвуковата пиезоелектрична керамика е клас електронни керамични материали с пиезоелектрични свойства. Основната разлика от типичните пиезоелектрични кварцови кристали, които не съдържат фероелектрични компоненти, е, че кристалните фази, които съставляват техните основни компоненти, са всички фероелектрични зърна Тъй като керамиката е поликристални агрегати с произволно ориентирани зърна, векторът на спонтанната поляризация на всяко фероелектрично зърно също е хаотичен ориентирана. За да може керамиката да проявява макроскопични пиезоелектрични свойства, тя трябва да бъде изпечена в пиезоелектрична керамика. След като бъде оформен и комбиниран с композитния електрод на крайната повърхност, той се поставя под силно DC електрическо поле за поляризационна обработка, така че съответните поляризационни вектори на оригиналната нередовна ориентация са ориентирани за предпочитане по посока на електрическото поле. Пиезоелектричната керамика след поляризационна обработка, в След като електрическото поле бъде отменено, ще се запази определена макроскопична остатъчна поляризация, така че керамиката да има определени пиезоелектрични свойства.
Диелектрични и еластични свойства:
Диелектричното свойство на пиезоелектричната керамика отразява степента на реакция на керамичния материал към външно електрическо поле, което обикновено се представя чрез диелектричната константа ε0. Когато външното електрическо поле не е твърде голямо, може да се използва линейна зависимост за реакцията на диелектрика към електрическото поле:
За пиезоелектрична керамика P е поляризационната сила, ε0 е вакуумната проницаемост, E е електрическата чувствителност и E е приложеното електрическо поле. Различните употреби на пиезоелектрични керамични компоненти имат различни изисквания за диелектричната константа на пиезоелектричната керамика. Например, аудио компоненти като пиезоелектрични керамични високоговорители изискват голяма диелектрична константа на керамиката, докато високочестотните пиезоелектрични керамични компоненти изискват малка диелектрична константа на материала.
Коефициентът на еластичност на пиезоелектричната керамика е параметър, който отразява връзката между деформацията на керамиката и приложената сила. Подобно на други еластомери, пиезоелектричните керамични материали следват закона на Хук: Xmn=cmnpqxmnpq, където cmnpq се нарича константа на еластична твърдост на еластомера, X е напрежението, а x е деформацията. За пиезоелектричните тела, поради пиезоелектричеството, стойността на еластичния коефициент е свързана с електрическите гранични условия.
Пиезоелектричество на пиезоелектрична керамика:
Най-голямата характеристика на пиезоелектричната керамика е пиезоелектричеството, включително положително пиезоелектричество и обратно пиезоелектричество. Положителното пиезоелектричество се отнася до относителното изместване на центровете на положителния и отрицателния заряд в някои диелектрици под действието на механична външна сила, което предизвиква поляризация, което води до появата на свързани заряди с противоположни знаци върху повърхностите на диелектриците. В случай, че външната сила не е твърде голяма, нейната плътност на заряда е пропорционална на външната сила, следвайки формулата:
където δ е повърхностната плътност на заряда, d е пиезоелектричната константа на деформация и T е напрежението на опън. Обратно, когато външно електрическо поле се приложи към пиезоелектричен диелектрик, центровете на положителен и отрицателен заряд вътре в диелектрика претърпяват относително изместване и се поляризират, а изместването кара диелектрика да се деформира. Този ефект се нарича обратно пиезоелектричество. Когато електрическото поле не е много силно, деформацията има линейна връзка с външното електрическо поле, следвайки формулата:
dt е константата на обратната пиезоелектрична деформация, т.е. транспонираната матрица на d, E е приложеното електрическо поле и x е деформацията. Силата на пиезоелектричния ефект отразява степента на свързване между еластичните свойства и диелектричните свойства на кристала, която е представена от електромеханичния коефициент на свързване K, който следва формулата:
където u12 е пиезоелектрична енергия, u1 е еластична енергия и u2 е диелектрична енергия.
Физични механизми на пиезоелектричните свойства:
Двата края на поляризирания пиезоелектричен керамичен лист ще имат свързани заряди, така че слой от свободни заряди от външния свят се адсорбира върху повърхността на електрода. Когато външно налягане F се приложи към керамичния лист, се получава разреждане в двата края на листа. Напротив, ако се издърпа, ще възникне феноменът на зареждане. Явлението, при което този механичен ефект се трансформира в електрически, принадлежи към положителния пиезоелектричен ефект.
В допълнение, пиезоелектричната керамика има свойството на спонтанна поляризация, а спонтанната поляризация може да се трансформира под действието на външно електрическо поле. Следователно, когато външно електрическо поле се приложи към пиезоелектричен диелектрик, ще настъпи промяната, както е показано на фигурата, и пиезоелектричната керамика ще се деформира. Въпреки това, причината, поради която пиезоелектричната керамика се деформира, е, че когато се приложи същото външно електрическо поле като спонтанната поляризация, това е еквивалентно на повишаване на поляризационната сила. Увеличаването на поляризационната сила прави пиезоелектричния керамичен лист удължен в посока на поляризацията. Напротив, ако се приложи обратното електрическо поле, керамичният лист се скъсява по посока на поляризацията. Това явление, което се превръща в механичен ефект поради електрически ефект, е обратният пиезоелектричен ефект.
Други функции:
Пиезоелектричната керамика има чувствителни характеристики и може да преобразува изключително слаби механични вибрации в електрически сигнали, които могат да се използват в сонарни системи, откриване на времето, телеметрия, защита на околната среда, домакински уреди и др. Чувствителността на пиезоелектричната керамика към външни сили прави възможно дори усещането смущението на въздуха, причинено от летящи насекоми, махащи с криле на повече от десет метра. Използването му за направата на пиезоелектрични сеизмометри може точно да измерва интензитета на земетресенията и да показва азимута и разстоянието на земетресенията. Трябва да се каже, че това е страхотен подвиг на пиезоелектричната керамика.
Деформацията на пиезоелектричната керамика под действието на електрическото поле е много малка, най-много не повече от една десетмилионна от собствения й размер. Не подценявайте тази малка промяна. Контролът на прецизни инструменти и машини, микроелектронни технологии, биоинженерство и други области са голямо благо.
Устройствата за контрол на честотата като резонатори и филтри са ключови компоненти, които определят работата на комуникационното оборудване. Пиезоелектричната керамика има очевидни предимства в това отношение. Има добра честотна стабилност, висока точност, широк приложим честотен диапазон, малък размер, без абсорбция на влага и дълъг живот. Особено в многоканалното комуникационно оборудване, това може да подобри ефективността срещу смущения, което прави предишното електромагнитно оборудване неспособно да погледне назад и се сблъсква с проблема да бъде претоварено. Алтернативна съдба.
