Característiques de la ceràmica piezoelèctrica ultrasònica
Les ceràmiques piezoelèctriques ultrasòniques són una classe de materials ceràmics electrònics amb propietats piezoelèctriques. La principal diferència amb els típics cristalls de quars piezoelèctrics que no contenen components ferroelèctrics és que les fases cristal·lines que formen els seus components principals són tots grans ferroelèctrics Com que les ceràmiques són agregats policristalins amb grans orientats aleatòriament, el vector de polarització espontània de cada gra ferroelèctric també és caòticament. orientat. Perquè la ceràmica mostri propietats piezoelèctriques macroscòpiques, s'ha de cuinar en ceràmica piezoelèctrica. Després de formar-se i combinar-se amb l'elèctrode compost a la cara extrema, es col·loca sota un fort camp elèctric de corrent continu per al tractament de polarització, de manera que els respectius vectors de polarització de l'orientació desordenada original s'orienten preferentment al llarg de la direcció del camp elèctric. La ceràmica piezoelèctrica després del tractament de polarització, després de cancel·lar el camp elèctric, es conservarà una certa polarització remanent macroscòpica, de manera que la ceràmica tingui certes propietats piezoelèctriques.
Propietats dielèctriques i elàstiques:
La propietat dielèctrica de la ceràmica piezoelèctrica reflecteix el grau de resposta del material ceràmic a un camp elèctric extern, que normalment es representa per la constant dielèctrica ε0. Quan el camp elèctric extern no és massa gran, es pot utilitzar una relació lineal per a la resposta del dielèctric al camp elèctric:
Per a la ceràmica piezoelèctrica, P és la força de polarització, ε0 és la permitivitat del buit, E és la susceptibilitat elèctrica i E és el camp elèctric aplicat. Els diferents usos dels components ceràmics piezoelèctrics tenen diferents requisits per a la constant dielèctrica de la ceràmica piezoelèctrica. Per exemple, els components d'àudio com els altaveus ceràmics piezoelèctrics requereixen una gran constant dielèctrica de la ceràmica, mentre que els components ceràmics piezoelèctrics d'alta freqüència requereixen una petita constant dielèctrica del material.
El coeficient elàstic de la ceràmica piezoelèctrica és un paràmetre que reflecteix la relació entre la deformació de la ceràmica i la força aplicada. Igual que altres elastòmers, els materials ceràmics piezoelèctrics segueixen la llei de Hooke: Xmn=cmnpqxmnpq, on cmnpq s'anomena constant de duresa elàstica de l'elastòmer, X és la tensió i x és la deformació. Per als cossos piezoelèctrics, a causa de la piezoelectricitat, el valor del coeficient elàstic està relacionat amb les condicions elèctriques de contorn.
Piezoelectricitat de la ceràmica piezoelèctrica:
La característica més gran de la ceràmica piezoelèctrica és la piezoelectricitat, inclosa la piezoelectricitat positiva i la piezoelectricitat inversa. La piezoelectricitat positiva es refereix al desplaçament relatiu dels centres de càrrega positiva i negativa en alguns dielèctrics sota l'acció de la força externa mecànica, que provoca la polarització, la qual cosa condueix a l'aparició de càrregues lligades amb signes oposats a les superfícies dels dielèctrics. En el cas que la força externa no sigui massa gran, la seva densitat de càrrega és proporcional a la força externa, seguint la fórmula:
on δ és la densitat de càrrega superficial, d és la constant de deformació piezoelèctrica i T és la tensió de tracció. Per contra, quan s'aplica un camp elèctric extern a un dielèctric piezoelèctric, els centres de càrrega positiva i negativa dins del dielèctric experimenten un desplaçament relatiu i es polaritzan, i el desplaçament fa que el dielèctric es deformi. Aquest efecte s'anomena piezoelectricitat inversa. Quan el camp elèctric no és molt fort, la deformació té una relació lineal amb el camp elèctric extern, seguint la fórmula:
dt és la constant de deformació piezoelèctrica inversa, és a dir, la matriu transposada de d, E és el camp elèctric aplicat i x és la deformació. La força de l'efecte piezoelèctric reflecteix el grau d'acoblament entre les propietats elàstiques i les propietats dielèctriques del cristall, que es representa pel coeficient d'acoblament electromecànic K, que segueix la fórmula:
on u12 és energia piezoelèctrica, u1 és energia elàstica i u2 és energia dielèctrica.
Mecanismes físics de les propietats piezoelèctriques:
Els dos extrems de la làmina ceràmica piezoelèctrica polaritzada tindran càrregues lligades, de manera que s'adsorbeix una capa de càrregues lliures del món exterior a la superfície de l'elèctrode. Quan s'aplica una pressió externa F a la làmina ceràmica, es produeix una descàrrega als dos extrems de la làmina. Al contrari, si s'estira, es produirà el fenomen de càrrega. El fenomen en què aquest efecte mecànic es transforma en un efecte elèctric pertany a l'efecte piezoelèctric positiu.
A més, la ceràmica piezoelèctrica té la propietat de la polarització espontània, i la polarització espontània es pot transformar sota l'acció d'un camp elèctric extern. Per tant, quan s'aplica un camp elèctric extern a un dielèctric piezoelèctric, es produirà el canvi tal com es mostra a la figura i la ceràmica piezoelèctrica es deformarà. Tanmateix, la raó per la qual la ceràmica piezoelèctrica es deforme és perquè quan s'aplica el mateix camp elèctric extern que la polarització espontània, equival a millorar la força de polarització. L'augment de la força de polarització fa que la làmina ceràmica piezoelèctrica s'allarga en la direcció de polarització. Al contrari, si s'aplica el camp elèctric invers, la làmina ceràmica s'escurça al llarg de la direcció de polarització. Aquest fenomen, que es converteix en un efecte mecànic a causa d'un efecte elèctric, és l'efecte piezoelèctric invers.
Altres característiques:
La ceràmica piezoelèctrica té característiques sensibles i pot convertir vibracions mecàniques extremadament febles en senyals elèctrics, que es poden utilitzar en sistemes de sonar, detecció de temps, protecció del medi ambient de telemetria, electrodomèstics, etc. La sensibilitat de la ceràmica piezoelèctrica a les forces externes fa que fins i tot sigui possible detectar. la pertorbació de l'aire provocada pels insectes voladors que baten les ales a més de deu metres de distància. Utilitzar-lo per fer sismòmetres piezoelèctrics pot mesurar amb precisió la intensitat dels terratrèmols i indicar l'azimut i la distància dels terratrèmols. S'ha de dir que és una gran proesa de la ceràmica piezoelèctrica.
La deformació de la ceràmica piezoelèctrica sota l'acció del camp elèctric és molt petita, com a màxim no més d'una desena milionèsima part de la seva pròpia mida. No subestimeu aquest petit canvi. El control d'instruments i maquinària de precisió, la tecnologia microelectrònica, la bioenginyeria i altres camps són un gran benefici.
Els dispositius de control de freqüència com els ressonadors i els filtres són components clau que determinen el rendiment dels equips de comunicació. La ceràmica piezoelèctrica té avantatges evidents en aquest sentit. Té una bona estabilitat de freqüència, alta precisió, ampli rang de freqüència aplicable, mida petita, sense absorció d'humitat i llarga vida. Especialment en equips de comunicació multicanal, pot millorar el rendiment anti-interferència, cosa que fa que l'equip electromagnètic anterior no pugui mirar enrere i s'enfronti al problema de ser aclaparat. Destí alternatiu.
