Ultrasonik piezoelektrik keramika xususiyatlari
Ultrasonik piezoelektrik keramika - bu piezoelektrik xususiyatlarga ega elektron keramika materiallari sinfidir. Ferroelektrik komponentlarni o'z ichiga olmaydi tipik pyezoelektrik kvarts kristallaridan asosiy farqi shundaki, ularning asosiy tarkibiy qismlarini tashkil etuvchi kristall fazalar barcha ferroelektrik donalardir. Keramika tasodifiy yo'naltirilgan donalari bo'lgan polikristal agregatlar bo'lgani uchun, har bir ferroelektrik grainning o'z-o'zidan qutblanish vektori ham ferroelektrikdir. yo'naltirilgan. Keramika makroskopik piezoelektrik xossalarni ko'rsatishi uchun uni piezoelektrik keramikada yoqish kerak. Yaratilgan va oxirgi yuzidagi kompozit elektrod bilan birlashtirilgandan so'ng, u polarizatsiya bilan ishlov berish uchun kuchli shahar elektr maydoni ostida joylashtiriladi, shuning uchun dastlabki tartibsiz yo'nalishning tegishli polarizatsiya vektorlari elektr maydonining yo'nalishi bo'ylab afzal yo'naltiriladi. Polarizatsiya bilan ishlov berishdan so'ng piezoelektrik keramika, Elektr maydoni bekor qilingandan so'ng, seramika ma'lum piezoelektrik xususiyatlarga ega bo'lishi uchun ma'lum bir makroskopik qoldiq polarizatsiya saqlanib qoladi.
Dielektrik va elastik xususiyatlar:
Piezoelektrik keramikaning dielektrik xususiyati keramik materialning tashqi elektr maydoniga ta'sir qilish darajasini aks ettiradi, bu odatda dielektrik doimiy e0 bilan ifodalanadi. Agar tashqi elektr maydoni unchalik katta bo'lmasa, dielektrikning elektr maydoniga munosabati uchun chiziqli munosabatdan foydalanish mumkin:
Pyezoelektrik keramika uchun P - qutblanish kuchi, e0 - vakuum o'tkazuvchanligi, E - elektr sezgirlik, E - qo'llaniladigan elektr maydoni. Piezoelektrik keramika komponentlarining turli xil qo'llanilishi piezoelektrik keramika dielektrik o'tkazuvchanligi uchun turli talablarga ega. Misol uchun, piezoelektrik seramika dinamiklari kabi audio komponentlar keramikaning katta dielektrik doimiyligini talab qiladi, yuqori chastotali piezoelektrik keramika komponentlari esa materialning kichik dielektrik doimiyligini talab qiladi.
Piezoelektrik keramika elastik koeffitsienti keramika deformatsiyasi va qo'llaniladigan kuch o'rtasidagi munosabatni aks ettiruvchi parametrdir. Boshqa elastomerlar singari, piezoelektrik keramik materiallar ham Guk qonuniga amal qiladi: Xmn=cmnpqxmnpq, bu erda smnpq elastomerning elastik qattiqlik doimiysi, X - kuchlanish, x - deformatsiya. Piezoelektrik jismlar uchun, piezoelektrik tufayli, elastik koeffitsientning qiymati elektr chegara sharoitlari bilan bog'liq.
Piezoelektrik keramikaning piezoelektrikligi:
Piezoelektrik keramikaning eng katta xarakteristikasi piezoelektrik, shu jumladan ijobiy piezoelektrik va teskari piezoelektrikdir. Ijobiy piezoelektrik deganda ba'zi dielektriklardagi musbat va manfiy zaryad markazlarining mexanik tashqi kuch ta'sirida nisbiy siljishi tushuniladi, bu qutblanishni keltirib chiqaradi, bu esa dielektriklarning yuzalarida qarama-qarshi belgilar bilan bog'langan zaryadlarning paydo bo'lishiga olib keladi. Agar tashqi kuch unchalik katta bo'lmasa, uning zaryad zichligi quyidagi formula bo'yicha tashqi kuchga mutanosib bo'ladi:
Bu erda d - sirt zaryadining zichligi, d - piezoelektrik deformatsiyaning doimiysi va T - kuchlanish kuchlanishi. Aksincha, pyezoelektrik dielektrikga tashqi elektr maydon ta'sir qilganda, dielektrik ichidagi musbat va manfiy zaryad markazlari nisbiy siljishdan o'tadi va qutblanadi va siljish dielektrikning deformatsiyasiga olib keladi. Ushbu ta'sir teskari piezoelektrik deb ataladi. Elektr maydoni unchalik kuchli bo'lmaganda, deformatsiya quyidagi formula bo'yicha tashqi elektr maydon bilan chiziqli bog'liq bo'ladi:
dt - teskari piezoelektrik deformatsiya konstantasi, ya'ni d ning ko'chirilgan matritsasi, E - qo'llaniladigan elektr maydoni, x - deformatsiya. Pyezoelektrik effektning kuchi kristallning elastik xususiyatlari va dielektrik xususiyatlari o'rtasidagi bog'lanish darajasini aks ettiradi, bu formulaga muvofiq elektromexanik ulanish koeffitsienti K bilan ifodalanadi:
bu erda u12 - piezoelektrik energiya, u1 - elastik energiya va u2 - dielektrik energiya.
Piezoelektrik xossalarning fizik mexanizmlari:
Polarizatsiyalangan piezoelektrik keramik varaqning ikki uchi bog'langan zaryadlarga ega bo'ladi, shuning uchun tashqi dunyodan erkin zaryadlar qatlami elektrod yuzasida adsorbsiyalanadi. Keramika plitasiga tashqi bosim F qo'llanilganda, varaqning har ikki uchida oqim paydo bo'ladi. Aksincha, agar u tortilsa, zaryadlash hodisasi paydo bo'ladi. Ushbu mexanik ta'sirning elektr effektiga aylanishi hodisasi ijobiy piezoelektrik effektga tegishli.
Bundan tashqari, piezoelektrik keramika o'z-o'zidan polarizatsiya xususiyatiga ega va o'z-o'zidan polarizatsiya tashqi elektr maydoni ta'sirida o'zgarishi mumkin. Shuning uchun, piezoelektrik dielektrikga tashqi elektr maydoni qo'llanilganda, rasmda ko'rsatilgandek o'zgarish sodir bo'ladi va piezoelektrik keramika deformatsiyalanadi. Biroq, piezoelektrik keramika deformatsiyasining sababi shundaki, o'z-o'zidan polarizatsiya kabi bir xil tashqi elektr maydoni qo'llanilganda, bu polarizatsiya kuchini oshirishga teng. Polarizatsiya kuchini oshirish piezoelektrik keramik plitani polarizatsiya yo'nalishi bo'yicha uzaytiradi. Aksincha, agar teskari elektr maydoni qo'llanilsa, keramik varaq polarizatsiya yo'nalishi bo'ylab qisqaradi. Elektr ta'siri tufayli mexanik effektga aylanadigan bu hodisa teskari piezoelektrik effektdir.
Boshqa xususiyatlar:
Piezoelektrik keramika sezgir xususiyatlarga ega va o'ta zaif mexanik tebranishlarni elektr signallariga aylantira oladi, ular sonar tizimlarda, ob-havoni aniqlashda, atrof-muhitni telemetriyadan himoya qilishda, maishiy texnikada va boshqalarda qo'llanilishi mumkin. Piezoelektrik keramikaning tashqi kuchlarga sezgirligi hatto his qilish imkonini beradi uchuvchi hasharotlar qanotlarini o'n metrdan ko'proq qoqib qo'yishi natijasida havoning buzilishi. Uning yordamida pyezoelektrik seysmometrlar zilzilalar intensivligini aniq o‘lchab, zilzilalarning azimuti va masofasini ko‘rsatishi mumkin. Bu piezoelektrik keramikaning ajoyib jasorati deb aytish kerak.
Elektr maydonining ta'siri ostida piezoelektrik keramika deformatsiyasi juda kichik, eng ko'p o'z o'lchamining o'n milliondan bir qismidan oshmaydi. Ushbu kichik o'zgarishni e'tiborsiz qoldirmang. Nozik asboblar va mashinalarni boshqarish, mikroelektronika texnologiyasi, bioinjeneriya va boshqa sohalar katta ne'matdir.
Rezonatorlar va filtrlar kabi chastotalarni nazorat qilish qurilmalari aloqa uskunasining ishlashini aniqlaydigan asosiy komponentlardir. Piezoelektrik keramika bu borada aniq afzalliklarga ega. Yaxshi chastotali barqarorlik, yuqori aniqlik, keng qo'llaniladigan chastota diapazoni, kichik o'lcham, namlikni yutmaydi va uzoq umrga ega. Ayniqsa, ko'p kanalli aloqa uskunalarida, u oldingi elektromagnit uskunani orqaga qaray olmaydigan va haddan tashqari yuklanish muammosiga duch keladigan anti-parazit ish faoliyatini yaxshilashi mumkin. Muqobil taqdir.
