מאפיינים של קרמיקה פיזואלקטרית אולטרסאונד

מאפיינים של קרמיקה פיזואלקטרית אולטרסאונד

קרמיקה פיזואלקטרית אולטרסאונד היא סוג של חומרים קרמיים אלקטרוניים בעלי תכונות פיזואלקטריות. ההבדל העיקרי מגבישי קוורץ פיזואלקטריים טיפוסיים שאינם מכילים רכיבים פרו-אלקטריים הוא ששלבי הגביש המרכיבים את המרכיבים העיקריים שלהם הם כולם גרגירים פרו-אלקטריים מכיוון שהקרמיקה היא אגרגטים רב-גבישיים עם גרגרים בעלי אוריינטציה אקראית, וקטור הקיטוב הספונטני של כל גרגר פרו-אלקטרי הוא גם כאוטי. מכוון. על מנת שקרמיקה תציג תכונות פיזואלקטריות מקרוסקופיות, יש לירות אותה בקרמיקה פיזואלקטרית. לאחר יצירתה ושילובה עם האלקטרודה המרוכבת על פני הקצה, היא ממוקמת מתחת לשדה חשמלי DC חזק לטיפול בקיטוב, כך שווקטורי הקיטוב המתאימים של הכיוון המקורי ללא סדר מכוונים בצורה מועדפת לאורך כיוון השדה החשמלי. הקרמיקה הפיאזואלקטרית לאחר טיפול בקיטוב, לאחר ביטול השדה החשמלי, ישמר קיטוב רמננטי מקרוסקופי מסוים, כך שלקרמיקה יש תכונות פיזואלקטריות מסוימות.

תכונות דיאלקטריות ואלסטיות:

התכונה הדיאלקטרית של קרמיקה פיזואלקטרית משקפת את מידת התגובה של החומר הקרמי לשדה חשמלי חיצוני, המיוצג בדרך כלל על ידי הקבוע הדיאלקטרי ε0. כאשר השדה החשמלי החיצוני אינו גדול מדי, ניתן להשתמש ביחס ליניארי לתגובה של הדיאלקטרי לשדה החשמלי:

עבור קרמיקה פיזואלקטרית, P הוא חוזק הקיטוב, ε0 הוא היתריות הוואקום, E הוא הרגישות החשמלית ו-E הוא השדה החשמלי המופעל. לשימושים שונים של רכיבי קרמיקה פיזואלקטריים יש דרישות שונות לקבוע הדיאלקטרי של קרמיקה פיזואלקטרית. לדוגמה, רכיבי שמע כגון רמקולים קרמיים פיזואלקטריים דורשים קבוע דיאלקטרי גדול של הקרמיקה, בעוד שרכיבים קרמיים פיזואלקטריים בתדר גבוה דורשים קבוע דיאלקטרי קטן של החומר.

מקדם האלסטי של קרמיקה פיזואלקטרית הוא פרמטר המשקף את הקשר בין העיוות של הקרמיקה לבין הכוח המופעל. כמו אלסטומרים אחרים, חומרים קרמיים פיזואלקטריים פועלים לפי חוק הוק: Xmn=cmnpqxmnpq, כאשר cmnpq נקרא קבוע הקשיות האלסטית של האלסטומר, X הוא המתח, ו-x הוא המתח. עבור גופים פיזואלקטריים, עקב הפיאזואלקטריות, ערך המקדם האלסטי קשור לתנאי הגבול החשמליים.

פיאזואלקטריות של קרמיקה פיזואלקטרית:

המאפיין הגדול ביותר של קרמיקה פיאזואלקטרית הוא פיזואלקטריות, כולל פיזואלקטריות חיובית ופיזואלקטריות הפוכה. פיזואלקטריות חיובית מתייחסת לתזוזה היחסית של מרכזי המטען החיובי והשלילי בדיאלקטריים מסוימים תחת פעולת כוח חיצוני מכני, הגורם לקיטוב, מה שמוביל להופעת מטענים קשורים עם סימנים הפוכים על פני השטח של הדיאלקטריות. במקרה בו הכוח החיצוני אינו גדול מדי, צפיפות המטען שלו פרופורציונלית לכוח החיצוני, לפי הנוסחה:

כאשר δ הוא צפיפות המטען של פני השטח, d הוא קבוע המתח הפיאזואלקטרי, ו-T הוא מתח המתיחה. לעומת זאת, כאשר שדה חשמלי חיצוני מופעל על דיאלקטרי פיזואלקטרי, מרכזי המטען החיובי והשלילי בתוך הדיאלקטרי עוברים תזוזה יחסית ומקוטבים, והתזוזה גורמת לעיוות של הדיאלקטרי. אפקט זה נקרא פיזואלקטריות הפוכה. כאשר השדה החשמלי אינו חזק במיוחד, לעיוות יש קשר ליניארי עם השדה החשמלי החיצוני, לפי הנוסחה:

dt הוא קבוע המתח הפיאזואלקטרי ההפוך, כלומר המטריצה ​​המוטרפת של d, E הוא השדה החשמלי המופעל, ו-x הוא המתח. חוזק האפקט הפיאזואלקטרי משקף את מידת הצימוד בין התכונות האלסטיות לתכונות הדיאלקטריות של הגביש, המיוצגת על ידי מקדם הצימוד האלקטרומכני K, העוקב אחר הנוסחה:

כאשר u12 היא אנרגיה פיזואלקטרית, u1 היא אנרגיה אלסטית, ו-u2 היא אנרגיה דיאלקטרית.

מנגנונים פיזיים של מאפיינים פיזואלקטריים:

לשני הקצוות של יריעת הקרמיקה הפיאזואלקטרית המקוטבת יהיו מטענים קשורים, כך ששכבה של מטענים חופשיים מהעולם החיצון נספגת על פני האלקטרודה. כאשר לחץ חיצוני F מופעל על יריעת הקרמיקה, מתרחשת פריקה בשני קצוות היריעת. להיפך, אם הוא יימשך, תתרחש תופעת הטעינה. התופעה שבה האפקט המכני הזה הופך לאפקט חשמלי שייכת לאפקט הפיזואלקטרי החיובי.

בנוסף, לקרמיקה פיזואלקטרית יש תכונה של קיטוב ספונטני, והקיטוב הספונטני יכול לעבור טרנספורמציה בפעולת שדה חשמלי חיצוני. לכן, כאשר שדה חשמלי חיצוני מופעל על דיאלקטרי פיזואלקטרי, השינוי כפי שמוצג באיור יתרחש, והקרמיקה הפיזואלקטרית תעוות. עם זאת, הסיבה מדוע קרמיקה פיזואלקטרית מתעוותת היא שכאשר מופעל אותו שדה חשמלי חיצוני כמו קיטוב ספונטני, זה שווה ערך לשיפור חוזק הקיטוב. הגדלת חוזק הקיטוב גורמת ליריעת הקרמיקה הפיזואלקטרית להתארך בכיוון הקיטוב. להיפך, אם מופעל השדה החשמלי ההפוך, יריעת הקרמיקה מתקצרת לאורך כיוון הקיטוב. תופעה זו, המומרת לאפקט מכני עקב אפקט חשמלי, היא האפקט הפייזואלקטרי ההפוך.

תכונות אחרות:

לקרמיקה פיזואלקטרית מאפיינים רגישים ויכולה להמיר רעידות מכניות חלשות במיוחד לאותות חשמליים, שניתן להשתמש בהם במערכות סונאר, זיהוי מזג אוויר, הגנת סביבה טלמטרית, מכשירי חשמל ביתיים וכו'. הרגישות של קרמיקה פיזואלקטרית לכוחות חיצוניים מאפשרת אפילו לחוש הפרעה באוויר הנגרמת על ידי חרקים מעופפים המנפנפים בכנפיים במרחק של יותר מעשרה מטרים. השימוש בו לייצור מדי סייסמומטרים פיזואלקטריים יכול למדוד במדויק את עוצמת רעידות האדמה ולהצביע על האזימוט והמרחק של רעידות אדמה. יש לומר שזה הישג גדול של קרמיקה פיזואלקטרית.

העיוות של קרמיקה פיזואלקטרית תחת פעולת השדה החשמלי הוא קטן מאוד, לכל היותר לא יותר מעשר מיליון מגודלה. אל תזלזלו בשינוי הקטן הזה. שליטה במכשירים ומכונות מדויקות, טכנולוגיית מיקרואלקטרוניקה, ביו-הנדסה ותחומים נוספים הם ברכה גדולה.

התקני בקרת תדרים כגון מהודים ומסננים הם מרכיבי מפתח הקובעים את הביצועים של ציוד תקשורת. לקרמיקה פיזואלקטרית יש יתרונות ברורים בהקשר זה. יש לו יציבות תדר טובה, דיוק גבוה, טווח תדרים ישים רחב, גודל קטן, ללא ספיגת לחות וחיים ארוכים. במיוחד בציוד תקשורת רב ערוצי, הוא יכול לשפר את הביצועים נגד הפרעות, מה שהופך את הציוד האלקטרומגנטי הקודם לא מסוגל להסתכל לאחור ולהתמודד עם בעיית ההצפה. גורל חלופי.