Caratteristiche della ceramica piezoelettrica ad ultrasuoni

Le ceramiche piezoelettriche ad ultrasuoni sono una classe di materiali ceramici elettronici con proprietà piezoelettriche. La principale differenza rispetto ai tipici cristalli di quarzo piezoelettrici che non contengono componenti ferroelettrici è che le fasi cristalline che costituiscono i loro componenti principali sono tutti grani ferroelettrici. orientata. Affinché la ceramica mostri proprietà piezoelettriche macroscopiche, deve essere cotta in ceramica piezoelettrica. Dopo essere stato formato e combinato con l'elettrodo composito sull'estremità, viene posto sotto un forte campo elettrico CC per il trattamento di polarizzazione, in modo che i rispettivi vettori di polarizzazione dell'originario orientamento disordinato siano orientati preferenzialmente lungo la direzione del campo elettrico. La ceramica piezoelettrica dopo il trattamento di polarizzazione, in Dopo che il campo elettrico è stato annullato, verrà mantenuta una certa polarizzazione residua macroscopica, in modo che la ceramica abbia determinate proprietà piezoelettriche.

Proprietà dielettriche ed elastiche:

La proprietà dielettrica della ceramica piezoelettrica riflette il grado di risposta del materiale ceramico a un campo elettrico esterno, che è solitamente rappresentato dalla costante dielettrica ε0. Quando il campo elettrico esterno non è troppo grande, è possibile utilizzare una relazione lineare per la risposta del dielettrico al campo elettrico:

Per la ceramica piezoelettrica, P è la forza di polarizzazione, ε0 è la permittività del vuoto, E è la suscettività elettrica ed E è il campo elettrico applicato. Diversi usi dei componenti in ceramica piezoelettrica hanno requisiti diversi per la costante dielettrica della ceramica piezoelettrica. Ad esempio, i componenti audio come gli altoparlanti piezoelettrici in ceramica richiedono una grande costante dielettrica della ceramica, mentre i componenti ceramici piezoelettrici ad alta frequenza richiedono una piccola costante dielettrica del materiale.

Il coefficiente elastico della ceramica piezoelettrica è un parametro che riflette la relazione tra la deformazione della ceramica e la forza applicata. Come altri elastomeri, i materiali ceramici piezoelettrici seguono la legge di Hooke: Xmn=cmnpqxmnpq, dove cmnpq è chiamata la costante di durezza elastica dell'elastomero, X è la sollecitazione e x è la deformazione. Per i corpi piezoelettrici, a causa della piezoelettricità, il valore del coefficiente elastico è legato alle condizioni elettriche al contorno.

Piezoelettricità della ceramica piezoelettrica:

La più grande caratteristica della ceramica piezoelettrica è la piezoelettricità, inclusa la piezoelettricità positiva e la piezoelettricità inversa. La piezoelettricità positiva si riferisce allo spostamento relativo dei centri di carica positivi e negativi in ​​​​alcuni dielettrici sotto l'azione della forza meccanica esterna, che provoca la polarizzazione, che porta alla comparsa di cariche legate con segni opposti sulle superfici dei dielettrici. Nel caso in cui la forza esterna non sia troppo grande, la sua densità di carica è proporzionale alla forza esterna, seguendo la formula:

dove δ è la densità di carica superficiale, d è la costante di deformazione piezoelettrica e T è la tensione di trazione. Al contrario, quando un campo elettrico esterno viene applicato a un dielettrico piezoelettrico, i centri di carica positiva e negativa all'interno del dielettrico subiscono uno spostamento relativo e sono polarizzati e lo spostamento provoca la deformazione del dielettrico. Questo effetto è chiamato piezoelettricità inversa. Quando il campo elettrico non è molto forte, la deformazione ha una relazione lineare con il campo elettrico esterno, secondo la formula:

dt è la costante di deformazione piezoelettrica inversa, ovvero la matrice trasposta di d, E è il campo elettrico applicato e x è la deformazione. La forza dell'effetto piezoelettrico riflette il grado di accoppiamento tra le proprietà elastiche e le proprietà dielettriche del cristallo, che è rappresentato dal coefficiente di accoppiamento elettromeccanico K, che segue la formula:

dove u12 è l'energia piezoelettrica, u1 è l'energia elastica e u2 è l'energia dielettrica.

Meccanismi fisici delle proprietà piezoelettriche:

Le due estremità del foglio ceramico piezoelettrico polarizzato avranno cariche legate, quindi uno strato di cariche libere dal mondo esterno viene adsorbito sulla superficie dell'elettrodo. Quando una pressione esterna F viene applicata alla lastra ceramica, lo scarico avviene ad entrambe le estremità della lastra. Al contrario, se viene tirato, si verificherà il fenomeno della carica. Il fenomeno in cui questo effetto meccanico si trasforma in un effetto elettrico appartiene all'effetto piezoelettrico positivo.

Inoltre, la ceramica piezoelettrica ha la proprietà della polarizzazione spontanea e la polarizzazione spontanea può essere trasformata sotto l'azione di un campo elettrico esterno. Pertanto, quando un campo elettrico esterno viene applicato a un dielettrico piezoelettrico, si verificherà il cambiamento mostrato nella figura e la ceramica piezoelettrica si deformerà. Tuttavia, il motivo per cui la ceramica piezoelettrica si deforma è perché quando viene applicato lo stesso campo elettrico esterno della polarizzazione spontanea, equivale a migliorare la forza di polarizzazione. L'aumento della forza di polarizzazione fa allungare il foglio di ceramica piezoelettrica nella direzione di polarizzazione. Al contrario, se viene applicato il campo elettrico inverso, la lastra ceramica si accorcia lungo la direzione di polarizzazione. Questo fenomeno,

Altre caratteristiche:

La ceramica piezoelettrica ha caratteristiche sensibili e può convertire vibrazioni meccaniche estremamente deboli in segnali elettrici, che possono essere utilizzati in sistemi sonar, rilevamento meteorologico, protezione ambientale telemetrica, elettrodomestici, ecc. La sensibilità della ceramica piezoelettrica alle forze esterne rende persino possibile percepire il disturbo dell'aria causato da insetti volanti che sbattono le ali a più di dieci metri di distanza. Usandolo per realizzare sismometri piezoelettrici è possibile misurare con precisione l'intensità dei terremoti e indicare l'azimut e la distanza dei terremoti. Si deve dire che questa è una grande impresa della ceramica piezoelettrica.

La deformazione della ceramica piezoelettrica sotto l'azione del campo elettrico è molto piccola, al massimo non più di un decimilionesimo della sua stessa dimensione. Non sottovalutare questo piccolo cambiamento. Il controllo di strumenti e macchinari di precisione, la tecnologia microelettronica, la bioingegneria e altri campi sono un grande vantaggio.

I dispositivi di controllo della frequenza come risonatori e filtri sono componenti chiave che determinano le prestazioni delle apparecchiature di comunicazione. Le ceramiche piezoelettriche presentano evidenti vantaggi in questo senso. Ha una buona stabilità di frequenza, alta precisione, ampia gamma di frequenze applicabili, dimensioni ridotte, nessun assorbimento di umidità e lunga durata. Soprattutto nelle apparecchiature di comunicazione multicanale, può migliorare le prestazioni anti-interferenza, il che rende le precedenti apparecchiature elettromagnetiche incapaci di guardare indietro e affrontare il problema di essere sopraffatte. Destino alternativo.