Пьезоэлектрический эффект пьезоэлектрической керамики

Когда пьезоэлектрическая керамика поляризована, внутри керамического материала наблюдается сильная поляризация остаточного поля. Когда керамический материал подвергается внешней силе, граница перемещения домена вызывает изменение интенсивности поляризации и приводит к пьезоэлектрическому эффекту.

Поляризованная пьезоэлектрическая керамика имеет очень высокий пьезоэлектрический коэффициент, который примерно в несколько сотен раз больше, чем у кварцевого кристалла, но механическая прочность уступает кристаллу кварца.

Пьезоцерамическая датчик пластин - это такие вещества, как сегнетоэлектрические, и являются искусственно изготовленными поликристаллическими пьезоэлектрическими материалами, имеющими доменную структуру, аналогичную структуре магнитного домена ферромагнитных материалов. Домен - это область, в которой образуется молекула спонтанно. Он имеет определенное направление поляризации, так что существует определенное электрическое поле. При отсутствии внешнего электрического поля отдельные домены случайным образом распределены по кристаллу, а их эффекты поляризации отменяются друг другу, поэтому исходная пьезоэлектрическая керамика имеет нулевую внутреннюю поляризацию.

Однако, когда вольтметр был подключен к двум электродам керамического листа для измерения, поляризация, существующая внутри керамического листа, не может быть измерена. Это связано с тем, что поляризация в листе пьезокерамики всегда выражается в виде электрического дипольного момента, то есть положительно связанный заряд возникает на одном конце керамики, и на другом конце возникает отрицательно связанный заряд. Из -за действия связанного заряда заряд снаружи адсорбируется на поверхности электрода керамического листа. Эти свободные заряды равны знаку с связанным зарядом в керамическом листе, который действует для защиты и противодействия воздействию поляризации в керамическом листе на внешнем мире. Следовательно, вольтметр не может измерить степень поляризации в керамическом листе.

Если давление F, параллельное направлению поляризации, применяется к керамическому листу, как показано на рисунке, керамический лист будет подвергаться деформации сжатия (пунктирная линия на рисунке), расстояние между положительными и отрицательными зарядами в листе становится меньше, и интенсивность поляризации также меняется. Следовательно, часть бесплатной зарядки, первоначально адсорбированной на электроде, высвобождается, и происходит явление заряда. Когда давление удаляется, керамическая часть возвращается в свое исходное состояние (это процесс расширения), расстояние между положительными и отрицательными зарядами в пленке становится больше, и интенсивность поляризации также становится больше, так что некоторые свободные заряды Адсорбированный на электроде и феномен зарядки происходит. Этот феномен перехода от механического к электрическому или от механического к электрическому, это положительный пьезоэлектрический эффект.

Точно так же, если на керамический лист применяется электрическое поле с той же направлением поляризации пьезой высокой мощности, как показано на рисунке, поскольку направление электрического поля совпадает с направлением поляризации, действие электрического Поле увеличивает поляризацию. В это время расстояние между положительными и отрицательными зарядами в керамическом листе также увеличивается, то есть керамический лист удлинен в направлении поляризации (сломанная линия на рисунке). Точно так же, если направление приложенного электрического поля противоположно направлению поляризации, керамический лист сокращается в направлении поляризации. Это явление превращения в механический эффект из -за электрического эффекта или перехода от электрической энергии к механической энергии является обратным пьезоэлектрическим эффектом.

Можно видеть, что пьезоэлектрическая керамика обладает пьезоэлектрическим эффектом из -за спонтанной поляризации внутри керамики. После того, как спонтанная поляризация подвергается процессу поляризации и вынуждена быть выровненной, остаточная поляризация присутствует в керамике. Если внешнее действие (такое как действие давления или электрического поля) может изменить поляризацию, пьезой керамика будет иметь пьезоэлектрический эффект. Кроме того, видно, что поляризованные заряды в керамике являются связанными зарядами, это не освобождает, и эти связанные заряды не могут свободно двигаться. Следовательно, явление сброса или зарядки, генерируемое в керамике, вызвано изменением внутренней поляризации керамики, которая вызывает высвобождение или пополнение свободного заряда на поверхности электрода.

Когда пьезоэлектрическая керамика подвергается силе FZ в направлении поляризации (направление z) на плоскости поляризации (то есть сила перпендикулярна плоскости поляризации), затем на двух серебряных (или золотых) плоскости поляризации соответственно положительно и появляются отрицательные расходы, сумма заряда qzz пропорциональна силе FZ, т.е.

Пьезоэлектрический материал:

Пьезоэлектрические кристаллы, такие как кварц;
Пьезоэлектрическая керамика, такая как титанат бария, свинцовый цирконат титанат и т. Д.;
Пьезоэлектрические полупроводники, такие как сульфид цинка, кадмий теллурид и тому подобное.

Требования к свойствам пьезоэлектрического материала:

Выдающиеся преимущества пьезоэлектрических керамических полос кварцевых кристаллов очень стабильны для производительности, высокой механической прочности и превосходной изоляции. Тем не менее, кварцевые материалы дороги и имеют гораздо более низкий пьезоэлектрический коэффициент, чем пьезоэлектрическая керамика. Следовательно, он обычно используется только в стандартных инструментах или датчиках, которые требуют более высоких требований. Поскольку кварц является анизотропным кристаллом, физические свойства (такие как эластичность, пьезоэлектрический эффект, характеристики температуры и т. Д.) Платков, вырезанных в разных направлениях, сильно различаются. Чтобы спроектировать датчик кварца, форма разрезки кварца выбирается в соответствии с различными требованиями применения.