Studie über Polarisationseigenschaften der piezoelektrischen Keramik

Als neues Material, das in den letzten Jahren entstanden ist,piezoelektrische Keramikwerden häufig bei der Herstellung elektronischer Produkte und Laborforschung eingesetzt. Die Variation der dielektrischen Konstante der piezoelektrischen Keramik hängt eng mit ihren strukturellen Eigenschaften und dem Polarisationsmodus zusammen. Die Untersuchung der Merkmale seines Polarisationsmodus hat daher eine hohe Referenz für ein tieferes Verständnis und eine tiefere Erforschung der neuen Materialien wie piezoelektrische Keramik. Der Polarisationsmodus der piezoelektrischen Keramik wurde durch Experimente analysiert, und der Polarisationsmodus der piezoelektrischen Keramik wurde unter dem Zustand des externen alternierenden elektrischen Feldes vorhergesagt. Das dielektrische Spektrum wurde mit einem elektrischen Spektrometer gemessen und die zuvor Vorhersage wurde durch das Messdielektrik -Spektrum verifiziert und analysiert.

Polarisation und dielektrische Parameter vonpiezoelektrische Keramikkristalleist hauptsächlich dielektrische Kristalle, auch als Dielektrika bekannt. Unter der Wirkung eines externen elektrischen Feldes reagiert die Dielektrika auf induktive Weise auf das externe elektrische Feld. Eine bestimmte Menge an Ladung tritt im Körper oder auf der Oberfläche auf. Dieses Phänomen wird auf Polarisation aufgerufen. Die Elektrodezierung wird durch einen makroskopischen Polarisationsvektor P dargestellt, der der Vektorsumme der elektrischen Dipolmomente pro Volumeneinheit entspricht. Wenn die gleiche Zahl lädt, die einen Abstand unter der Wirkung eines elektrischen Feldes hinterlässt, was das elektrische Dipolmoment des Ladesystems darstellt, und die Richtung von L durch die negative Ladung zur positiven Ladung gerichtet sind. Die Essenz der Polarisation des Dielektrizität im externen elektrischen Feld besteht darin, dass die Ladung das Dielektrikum darstellt, das eine makroskopische Verschiebung unter der Wirkung des externen elektrischen Feldes aufweist. Die positive Ladung wird entlang der Stromleitung verschoben, und die negative Ladung verschiebt die umgekehrte Stromleitung, wodurch das Dielektrikum ein makroelektrisches Dipolmoment erzeugt. Innerhalb eines bestimmten Bereichs ist die Polarisation P proportional zum externen elektrischen Feld e p = ε0xe und X wird als Polarisationsrate bezeichnet. Aus der mikroskopischen Mechanismusanalyse gibt es drei Möglichkeiten zur Erzeugung einer dielektrischen Polarisation, nämlich die Elektronenverschiebungspolarisation zur Verschiebungspolarisation und zur Orientierungspolarisation von polaren Molekülen. Dipol im Medium, das durch das elektrische Dipolmoment des Moleküls oder Atoms charakterisiert werden kann. Die Größe von μ wird nicht nur durch das makroskopische elektrische Feld E, sondern auch durch das von den benachbarte Molekülen erzeugte elektrische Feld bestimmt. Die Summe der beiden wird als effektives Feld EI bezeichnet. In der Formel μ = αEI wird α die Polarisierbarkeit eines Moleküls oder eines Atoms bezeichnet und ist eine mikroskopische physikalische Menge, die die Polarisationseigenschaften eines Moleküls beschreibt.

1.1Lectron -Verschiebungspolarisation

Unter der Wirkung eines externen elektrischen Feldes wird die Elektronenwolke in den Atomen und Ionen, aus denen das Dielektrikum besteht, verzerrt, wodurch sich die Elektronenwolke relativ zum Kern bewegt und so ein elektrisches Dipolmoment erzeugt. Diese Polarisation wird als Verschiebungspolarisation von Elektronen bezeichnet. Die Elektronenverschiebungspolarisation ist eine Form der Polarisation, die alle Dielektrika haben. Die Verschiebungspolarisation eines Elektrons zeigt an, dass das Elektron aufgrund des Einflusses des externen elektrischen Feldes eine gewisse Wahrscheinlichkeit für die Absorption von Energie und den Übergang zwischen den entsprechenden Energieniveaus hat. Da die äußeren Elektronen schwach durch Atome gebunden sind, wird die Elektronenverschiebung von Atomen hauptsächlich aus Valenzelektronen abgeleitet. Die Verschiebungspolarisierbarkeit des Elektrons wird durch αE dargestellt, und es wird angenommenKugel Piezo KeramikModell und ein kreisförmiges Umlaufbahnmodell.

Ionenverschiebungspolarisation

Orientierungspolarisation des intrinsischen elektrischen Dipolmoments

Wenn das Molekül das Dielektrikum ausmacht, das ein polares Molekül ist, dessen positives Ladungszentrum nicht mit dem Zentrum der negativen Ladung zusammenfällt, hat es ein inhärentes elektrisches Dipolmoment. In Abwesenheit eines externen elektrischen FeldPiezoelektrische Keramikkomponenteist räumlich ungeordnet, die Wahrscheinlichkeit, in alle Richtungen zu zeigen, ist gleich, und die molekularen elektrischen Dipolmomente stecken sich gegenseitig. Daher hat das Dielektrikum als Ganzes kein elektrisches Dipolmoment. Wenn ein externes elektrisches Feld angewendet wird, werden die positiven und negativen Ladungen des molekularen elektrischen Dipols von der elektrischen Feldkraft beeinflusst, und es besteht die Tendenz, in Richtung der Richtung des äußeren elektrischen Feldes zu zeigen, oder sie müssen in einem Stall gehalten werden Geben Sie so an, dass die Energie des Systems minimiert wird und es notwendig ist, auf die Richtung des externen elektrischen Feldes zu verweisen. Oder Präzession um ein externes elektrisches Feld. Nach der statistischen Theorie ist die Anzahl der Partikel bei Energie E proportional zu e = -EKT. Danach kann die Polarisierbarkeit αd der Orientierungspolarisation des dielektrischen Moleküls berechnet werden. DD = μ2. In der 3KT -Formel ist μ das molekulare intrinsische elektrische Dipolmoment, k ist die Boltzmann -Konstante und T die Temperatur.

Die Gesamtpolarisierbarkeit α des Moleküls kann als die Summe der Polarisierbarkeit verschiedener Mechanismen α = αe + αA + αD angesehen werden. Wenn die Anzahl der Moleküle pro Einheitsvolumen n ist, kann der makroskopische Polarisationsvektor p mit der mikroskopischen molekularen Polarisierbarkeit α korreliert werden. P = nαeip = ε0 (εr-1) e = nαei E, aber auch durch das elektrische Feld, das durch andere Polarisationen erzeugt wird. Es ist vorgesehen, dass das untersuchte molekulare Modell eine Kugel ist und der Radius der Kugel viel größer ist als der Abstand der Atome. Der Einfluss der molekularen Polarisation außerhalb des AußenbereichsUltraschallpiezoelektrischer Wandlerkann auf makroskopische Weise als kontinuierliches polarisiertes Medium behandelt werden. Die Gradantworten auf die Änderung des externen Feldes während der Polarisation des Mediums werden durch die Relaxationszeit τ dargestellt. Die physikalische Bedeutung von τ besteht darin, dem Dielektrikum ein konstantes elektrisches Feld zu erweitern, das elektrische Feld nach der Polarisation stabilisiert und die Zeit τ zu übergeben, die Polarisation p. Die Summe der elektrischen Dipolmomentvektoren im Volumen wird auf 1 reduziert. /e des ursprünglichen PM, dh p = pmetτ. Da der Polarisationsprozess D (Verschiebungsvektor), P- und E -Veränderungen nicht in Phase vorliegen. D, P bleibt hinter der Phase von E. Das sinusförmige alternierende elektrische Feld wird durch eine komplexe Zahl dargestellt. Um das dielektrische Spektrum der piezoelektrischen Keramik zu messen, wird in diesem Experiment ein Summer aus piezoelektrischer Keramik zwischen zwei kreisförmigen Elektrodenblättern platziert, und die Winkelfrequenz wird zum Elektrodenblech und der sinusoidalen Spannung von ω hinzugefügt.