Χαρακτηριστικά Πιεζοηλεκτρικών Κεραμικών Υπερήχων
Τα πιεζοηλεκτρικά κεραμικά υπερήχων είναι μια κατηγορία ηλεκτρονικών κεραμικών υλικών με πιεζοηλεκτρικές ιδιότητες. Η κύρια διαφορά από τους τυπικούς πιεζοηλεκτρικούς κρυστάλλους χαλαζία που δεν περιέχουν σιδηροηλεκτρικά συστατικά είναι ότι οι κρυσταλλικές φάσεις που αποτελούν τα κύρια συστατικά τους είναι όλες σιδηροηλεκτρικοί κόκκοι Δεδομένου ότι τα κεραμικά είναι πολυκρυσταλλικά συσσωματώματα με τυχαία προσανατολισμένους κόκκους, το διάνυσμα αυθόρμητης πόλωσης κάθε σιδηροηλεκτρικού είναι επίσης σιδηροηλεκτρικό προσανατολισμένη. Προκειμένου τα κεραμικά να παρουσιάζουν μακροσκοπικές πιεζοηλεκτρικές ιδιότητες, πρέπει να ψήνονται σε πιεζοηλεκτρικά κεραμικά. Αφού σχηματιστεί και συνδυαστεί με το σύνθετο ηλεκτρόδιο στην ακραία όψη, τοποθετείται κάτω από ισχυρό ηλεκτρικό πεδίο συνεχούς ρεύματος για επεξεργασία πόλωσης, έτσι ώστε τα αντίστοιχα διανύσματα πόλωσης του αρχικού άτακτου προσανατολισμού να προσανατολίζονται κατά προτίμηση κατά την κατεύθυνση του ηλεκτρικού πεδίου. Τα πιεζοηλεκτρικά κεραμικά μετά την επεξεργασία πόλωσης, στο Αφού ακυρωθεί το ηλεκτρικό πεδίο, θα διατηρηθεί μια ορισμένη μακροσκοπική παραμένουσα πόλωση, έτσι ώστε το κεραμικό να έχει ορισμένες πιεζοηλεκτρικές ιδιότητες.
Διηλεκτρικές και ελαστικές ιδιότητες:
Η διηλεκτρική ιδιότητα των πιεζοηλεκτρικών κεραμικών αντανακλά τον βαθμό απόκρισης του κεραμικού υλικού σε ένα εξωτερικό ηλεκτρικό πεδίο, το οποίο συνήθως αντιπροσωπεύεται από τη διηλεκτρική σταθερά ε0. Όταν το εξωτερικό ηλεκτρικό πεδίο δεν είναι πολύ μεγάλο, μπορεί να χρησιμοποιηθεί μια γραμμική σχέση για την απόκριση του διηλεκτρικού στο ηλεκτρικό πεδίο:
Για τα πιεζοηλεκτρικά κεραμικά, το P είναι η ισχύς πόλωσης, το ε{0}} είναι η διαπερατότητα κενού, το E είναι η ηλεκτρική επιδεκτικότητα και το E είναι το εφαρμοζόμενο ηλεκτρικό πεδίο. Οι διαφορετικές χρήσεις των πιεζοηλεκτρικών κεραμικών εξαρτημάτων έχουν διαφορετικές απαιτήσεις για τη διηλεκτρική σταθερά των πιεζοηλεκτρικών κεραμικών. Για παράδειγμα, τα εξαρτήματα ήχου όπως τα πιεζοηλεκτρικά κεραμικά ηχεία απαιτούν μια μεγάλη διηλεκτρική σταθερά του κεραμικού, ενώ τα πιεζοηλεκτρικά κεραμικά εξαρτήματα υψηλής συχνότητας απαιτούν μια μικρή διηλεκτρική σταθερά του υλικού.
Ο συντελεστής ελαστικότητας των πιεζοηλεκτρικών κεραμικών είναι μια παράμετρος που αντανακλά τη σχέση μεταξύ της παραμόρφωσης των κεραμικών και της ασκούμενης δύναμης. Όπως και άλλα ελαστομερή, τα πιεζοηλεκτρικά κεραμικά υλικά ακολουθούν το νόμο του Hooke: Xmn=cmnpqxmnpq, όπου cmnpq ονομάζεται σταθερά ελαστικής σκληρότητας του ελαστομερούς, X είναι η τάση και x είναι η παραμόρφωση. Για τα πιεζοηλεκτρικά σώματα, λόγω του πιεζοηλεκτρισμού, η τιμή του συντελεστή ελαστικότητας σχετίζεται με τις ηλεκτρικές οριακές συνθήκες.
Πιεζοηλεκτρισμός Πιεζοηλεκτρικών Κεραμικών:
Το μεγαλύτερο χαρακτηριστικό των πιεζοηλεκτρικών κεραμικών είναι ο πιεζοηλεκτρισμός, συμπεριλαμβανομένου του θετικού πιεζοηλεκτρισμού και του αντίστροφου πιεζοηλεκτρισμού. Ο θετικός πιεζοηλεκτρισμός αναφέρεται στη σχετική μετατόπιση των θετικών και αρνητικών κέντρων φορτίου σε ορισμένα διηλεκτρικά υπό τη δράση μηχανικής εξωτερικής δύναμης, η οποία προκαλεί πόλωση, η οποία οδηγεί στην εμφάνιση δεσμευμένων φορτίων με αντίθετα σημάδια στις επιφάνειες των διηλεκτρικών. Στην περίπτωση που η εξωτερική δύναμη δεν είναι πολύ μεγάλη, η πυκνότητα φορτίου της είναι ανάλογη με την εξωτερική δύναμη, ακολουθώντας τον τύπο:
όπου δ είναι η επιφανειακή πυκνότητα φορτίου, d είναι η σταθερά πιεζοηλεκτρικής παραμόρφωσης και T η τάση εφελκυσμού. Αντίθετα, όταν ένα εξωτερικό ηλεκτρικό πεδίο εφαρμόζεται σε ένα πιεζοηλεκτρικό διηλεκτρικό, τα θετικά και αρνητικά κέντρα φορτίου μέσα στο διηλεκτρικό υφίστανται σχετική μετατόπιση και πολώνονται και η μετατόπιση προκαλεί την παραμόρφωση του διηλεκτρικού. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται αντίστροφος πιεζοηλεκτρισμός. Όταν το ηλεκτρικό πεδίο δεν είναι πολύ ισχυρό, η παραμόρφωση έχει γραμμική σχέση με το εξωτερικό ηλεκτρικό πεδίο, ακολουθώντας τον τύπο:
dt είναι η αντίστροφη σταθερά πιεζοηλεκτρικής παραμόρφωσης, δηλαδή ο μετατιθέμενος πίνακας του d, το E είναι το εφαρμοζόμενο ηλεκτρικό πεδίο και το x είναι η τάση. Η ισχύς του πιεζοηλεκτρικού φαινομένου αντανακλά τον βαθμό σύζευξης μεταξύ των ελαστικών ιδιοτήτων και των διηλεκτρικών ιδιοτήτων του κρυστάλλου, ο οποίος αντιπροσωπεύεται από τον ηλεκτρομηχανικό συντελεστή σύζευξης Κ, ο οποίος ακολουθεί τον τύπο:
όπου u12 είναι πιεζοηλεκτρική ενέργεια, u1 είναι ελαστική ενέργεια και u2 διηλεκτρική ενέργεια.
Φυσικοί Μηχανισμοί Πιεζοηλεκτρικών Ιδιοτήτων:
Τα δύο άκρα του πολωμένου πιεζοηλεκτρικού κεραμικού φύλλου θα έχουν δεσμευμένα φορτία, έτσι ένα στρώμα ελεύθερων φορτίων από τον έξω κόσμο απορροφάται στην επιφάνεια του ηλεκτροδίου. Όταν εφαρμόζεται εξωτερική πίεση F στο κεραμικό φύλλο, λαμβάνει χώρα εκκένωση και στα δύο άκρα του φύλλου. Αντίθετα, αν τραβηχτεί, θα συμβεί το φαινόμενο της φόρτισης. Το φαινόμενο κατά το οποίο αυτό το μηχανικό φαινόμενο μετατρέπεται σε ηλεκτρικό φαινόμενο ανήκει στο θετικό πιεζοηλεκτρικό φαινόμενο.
Επιπλέον, τα πιεζοηλεκτρικά κεραμικά έχουν την ιδιότητα της αυθόρμητης πόλωσης και η αυθόρμητη πόλωση μπορεί να μετασχηματιστεί υπό τη δράση ενός εξωτερικού ηλεκτρικού πεδίου. Επομένως, όταν ένα εξωτερικό ηλεκτρικό πεδίο εφαρμόζεται σε ένα πιεζοηλεκτρικό διηλεκτρικό, θα συμβεί η αλλαγή όπως φαίνεται στο σχήμα και το πιεζοηλεκτρικό κεραμικό θα παραμορφωθεί. Ωστόσο, ο λόγος για τον οποίο τα πιεζοηλεκτρικά κεραμικά παραμορφώνονται είναι επειδή όταν εφαρμόζεται το ίδιο εξωτερικό ηλεκτρικό πεδίο με την αυθόρμητη πόλωση, ισοδυναμεί με την ενίσχυση της ισχύος πόλωσης. Η αύξηση της αντοχής πόλωσης κάνει το πιεζοηλεκτρικό κεραμικό φύλλο να επιμηκύνεται προς την κατεύθυνση της πόλωσης. Αντίθετα, εάν εφαρμοστεί το αντίστροφο ηλεκτρικό πεδίο, το κεραμικό φύλλο βραχύνεται κατά την κατεύθυνση της πόλωσης. Αυτό το φαινόμενο, το οποίο μετατρέπεται σε μηχανικό φαινόμενο λόγω ηλεκτρικού φαινομένου, είναι το αντίστροφο πιεζοηλεκτρικό φαινόμενο.
Αλλα χαρακτηριστικά:
Τα πιεζοηλεκτρικά κεραμικά έχουν ευαίσθητα χαρακτηριστικά και μπορούν να μετατρέψουν εξαιρετικά ασθενείς μηχανικούς κραδασμούς σε ηλεκτρικά σήματα, τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε συστήματα σόναρ, ανίχνευση καιρού, προστασία περιβάλλοντος τηλεμετρίας, οικιακές συσκευές κ.λπ. Η ευαισθησία των πιεζοηλεκτρικών κεραμικών σε εξωτερικές δυνάμεις καθιστά δυνατή την αίσθηση η διαταραχή του αέρα που προκαλείται από τα ιπτάμενα έντομα που χτυπούν τα φτερά τους σε απόσταση μεγαλύτερη των δέκα μέτρων. Η χρήση του για την κατασκευή πιεζοηλεκτρικών σεισμομέτρων μπορεί να μετρήσει με ακρίβεια την ένταση των σεισμών και να υποδείξει το αζιμούθιο και την απόσταση των σεισμών. Αυτό πρέπει να πούμε ότι είναι ένα μεγάλο κατόρθωμα της πιεζοηλεκτρικής κεραμικής.
Η παραμόρφωση των πιεζοηλεκτρικών κεραμικών υπό τη δράση του ηλεκτρικού πεδίου είναι πολύ μικρή, το πολύ όχι περισσότερο από το ένα δέκατο εκατομμυριοστό του μεγέθους τους. Μην υποτιμάτε αυτή τη μικρή αλλαγή. Ο έλεγχος οργάνων και μηχανημάτων ακριβείας, η τεχνολογία μικροηλεκτρονικής, η βιομηχανική και άλλοι τομείς είναι ένα μεγάλο όφελος.
Οι συσκευές ελέγχου συχνότητας όπως οι συντονιστές και τα φίλτρα είναι βασικά στοιχεία που καθορίζουν την απόδοση του εξοπλισμού επικοινωνίας. Τα πιεζοηλεκτρικά κεραμικά έχουν προφανή πλεονεκτήματα από αυτή την άποψη. Έχει καλή σταθερότητα συχνότητας, υψηλή ακρίβεια, ευρύ φάσμα συχνοτήτων, μικρό μέγεθος, χωρίς απορρόφηση υγρασίας και μεγάλη διάρκεια ζωής. Ειδικά σε εξοπλισμό επικοινωνίας πολλαπλών καναλιών, μπορεί να βελτιώσει την απόδοση κατά των παρεμβολών, γεγονός που κάνει τον προηγούμενο ηλεκτρομαγνητικό εξοπλισμό να μην μπορεί να κοιτάξει πίσω και να αντιμετωπίζει το πρόβλημα της υπερέντασης. Εναλλακτικό πεπρωμένο.
