Prozess des piezoelektrischen Keramikmechanismus

Die piezoelektrische Keramik ist ein polykristalliner Film mit piezoelektrischem Effekt, und sein Produktionsprozess ist nach seinem ähnlichen Produktionsprozess (Rohmaterial -Pulverisierung, Form, Form, Hochtemperatursintern) benannt. Einige anisotrope Piezokristalle werden unter mechanischer Kraft deformiert, wodurch die geladenen Partikel relativ verschoben werden.PZT Material Piezo Keramikscheibeführt zu positiven und negativen gebundenen Ladungen auf der Oberfläche des Piezokristalls. Dieses Phänomen wird als piezoelektrischer Effekt bezeichnet. Diese Eigenschaft des Kristalls heißt Piezoelektrizität. Die Piezoelektrizität wurde 1880 von J. Curie und P. Curie Brothers entdeckt. Einige Monate später verifizierten sie den inversen piezoelektrischen Effekt experimentell, dh wenn eine Spannung auf den Piezokristall angewendet wird, wird der Piezokristall einer geometrischen Deformation unterzogen. Vor 1940 waren nur zwei Arten von Ferroelektrika bekannt (nicht nur spontan in einem bestimmten Temperaturbereich, sondern auch die spontane Polarisation der Kristalle, die aufgrund der externen Feldstärke neu ausgerichtet werden können): Eines ist das Restsalz und einige eng verwandte Tartrat; Eines ist Kaliumdihydrogenphosphat und sein Äquivalent. Ersteres hat Piezoelektrizität bei normaler Temperatur und hat einen technischen Nutzungswert, hat jedoch den Nachteil, leicht aufzulösen zu sein. Letzteres hat Piezoelektrizität bei niedriger Temperatur (weniger als -14 ° C) und der technische Verwendungswert ist nicht groß. Es wurde festgestellt, dass Bariumtitanat (Batio) zwischen 1942 und 1945 eine ungewöhnlich hohe dielektrische Konstante aufweist. Es wurde bald festgestellt, dass es piezoelektrisch ist, und die Entdeckung von bati o piezoelektrischer Keramik war ein Quantensprung in piezoelektrischen Materialien. Zuvor gab es nur ein piezoelektrisches Einkristallmaterial, und danach trat ein piezoelektrisches polykristallines Material, Piezoelektrik -Keramik auf und wurde weit verbreitet. 1947 verwendeten die Vereinigten Staaten die Batio -Keramik, um Pickups für Phonographien zu machen. Japan benutzte es zwei Jahre später als die Vereinigten Staaten. Batio hat den Nachteil, dass die Piezoelektrizität schwächer ist als das Ruhesalz und die Piezoelektrizität größer als der Piezo -Quarzkristall mit Temperatur. Im Jahr 1954 entdeckten B. Jaffe und andere das piezoelektrische PBzro-PBTIO (PZT) -Fasserlösungssystem, ein Epochen-Ereignis, das es unmöglich machte, Geräte in der Batio-Ära herzustellen. Seitdem wurden PZT transparente piezoelektrische Keramik entwickelt, um die Anwendung der piezoelektrischen Keramik auf das Gebiet der Optik zu erweitern. Bisher ist die Anwendung der piezoelektrischen Keramik, von der Entwicklung des Universums bis zum Leben der Familie, äußerst umfangreich. Chinas Forschung zu piezoelektrischen Keramiken begann Ende der 1950er Jahre, etwa 10 Jahre später als das Ausland. Gegenwärtig gibt es ziemlich starke Kräfte in der Versuchsproduktion und der industriellen Produktion von piezoelektrischen Keramik. Viele Materialien haben die internationale Ebene erreicht oder liegen nahe.

Der physikalische Mechanismus der Piezoceramic Piezoelektrizität

Piezoelektrische Keramik sind Polykristalle, deren Piezoelektrizität durch die Piezoelektrizität der erklärt werden kannpiezoelektrische Scheiben Kristall. Unter der Wirkung der mechanischen Kraft ändert sich das gesamte elektrische Dipolmoment (Polarisation), was zu einem piezoelektrischen Phänomen führt. Die Piezoelektrizität ist eng mit der Polarisation, Deformation verbunden.

Mikroskopischer Polarisationsmechanismus
Der Polarisationszustand ist ein Zustand, in dem das elektrische Feld eine relative Verschiebungskraft auf den geladenen Punkt des Dielektrikums und ein vorübergehendes Gleichgewicht der gegenseitigen Anziehung zwischen den Ladungen ausübt. Es gibt drei Hauptpolarisationsmechanismen.

(1) Polarisation der Elektronenverschiebung - Das Atom oder Ion eines Dielektrikums stimmt nicht mit dem negativen Ladungszentrum eines positiv geladenen Kerns und eines Schalenelektrons unter der Wirkung einer elektrischen Feldkraft zusammen.
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(3) Orientierungspolarisation - Die polaren Moleküle, aus denen das Dielektrikum besteht, haben ein gewisses intrinsisches (inhärentes) elektrisches Moment. Aufgrund der thermischen Bewegung ist die Ausrichtung ungeordnet, das gesamte elektrische Moment ist Null. Wenn ein elektrisches Feld angewendet wird, ist die Richtung des elektrischen Feldes ausgerichtet und ein makroskopisches elektrisches Dipolmoment erscheint.
Für anisotrope Kristalle die Beziehung zwischen Polarisation und elektrischem Feld

2. Piezoelektrischer Effekt

(1) positiver piezoelektrischer Effekt
Wenn derPeizoelektrikum Keramikwandlerwird durch eine externe Kraft deformiert, die positiven und negativen Ladungszentren sind relativ verschoben, und die entgegengesetzten Ladungen werden auf einigen entsprechenden Gesichtern erzeugt, und die Polarisationsintensität tritt auf. Dieses Phänomen ohne elektrische Feld und Polarisation durch Deformation wird als positiver piezoelektrischer Effekt bezeichnet.

Für anisotrope Kristalle wird die Spannung auf den Piezokristall angewendet, und der Kristall zeigt eine proportionale Polarisation in drei Richtungen von x, y und z, die als piezoelektrische Spannungskonstante bzw. piezoelektrische Dehnungskonstante bezeichnet werden.

(2) umgekehrter piezoelektrischer Effekt
Wenn ein elektrisches Feld auf den Kristall angewendet wird, wird nicht nur die Polarisation, sondern auch eine Verformung erzeugt, und dieses Phänomen der Deformation durch das elektrische Feld wird als inverse piezoelektrische Wirkung bezeichnet. Dies liegt daran, dass der Kristall im Kristall einer elektrischen Feld (piezoelektrische Spannung) erzeugt wird und durch Spannung erzeugt wird.
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3. Mechanismus des Druckeffekts

Der piezoelektrische Effekt wurde erstmals an Piezokristallen entdeckt. Jetzt verwenden wir PZT -Materialkristalle als Modell, um den physikalischen Mechanismus des piezoelektrischen Effekts zu veranschaulichen.

Wenn kein Druck ausgeübt wird, werden die positiven und negativen Ladungszentren des Piezokristalls verteilt. Zu diesem Zeitpunkt fällt die positiven und negativen Ladungszentren zusammen, und das gesamte elektrische Moment des Piezokristalls ist gleich Null, und die Kristalloberfläche ist nicht geladen (nicht piezoelektrisch).

Wenn der Drucksensor in x -Richtung angelegt wird, wird der Materialkristall deformiert und die positiven und negativen Ladungszentren sind getrennt, dh das elektrische Dipol ändert sich, sodass die Ladungsakkumulation in der X -Ebene erfolgt.
Wenn Druck in die y-Achse-Richtung ausgeübt wird, wird hier die Verteilung der positiven und negativen Ladungszentren des Kristalls gezeigt, wenn sich das gesamte elektrische Dipolmoment ändert und eine Ladungsansammlung auf der x-Ebene gegenüber der Vorderseite entspricht. Offensichtlich ersetzt es die vorherige Druckkraft durch eine Zugkraft zeigt an, dass das Vorzeichen der Ladung umgekehrt ist. Kurz gesagt, wenn ein Drucksensor auf einen piezoelektrischen Kristall aufgetragen wird, kann ein piezoelektrischer Effekt verursacht werden.