מהו עקרון העבודה של קרמיקה פיזואלקטרית קולית?
העיקרון של יריעת קרמיקה פיזואלקטרית: כאשר מפעילים לחץ או מתח על יריעת הקרמיקה, נוצרים מטענים של קוטביות מנוגדת בשני קצוות היריעה הקרמית, וזרם נוצר דרך המעגל. אפקט זה נקרא אפקט פיזואלקטרי. אם מכניסים למים מתמר העשוי מקרמיקה פיזואלקטרית זו, תחת פעולת גלי קול, ייגרמו מטענים בשני קצוות המתמר, שהם מקלטי גלי קול. יתר על כן, האפקט הפיאזואלקטרי הפיך. אם מופעל שדה חשמלי לסירוגין על יריעת הקרמיקה הפיזואלקטרית, יריעת הקרמיקה נעשית דקה ועבה יותר מעת לעת, רוטטת ופולטת גלי קול. לכן, הבעיה של המשדר האולטראסוני נפתרת.
ישנם שני חומרים למתמרים קרמיים פיזואלקטריים: מתכות מגנטוסטרקטיות וקרמיקה פיזואלקטרית. מטרת מאמר זה היא לתכנן מתמרים עבור עיבוד אולטראסוני מכאני בהספק גבוה, כך שרק מתמרים קרמיים פיזואלקטריים יידונו. כרשת העברת אנרגיה, למתמר קרמי פיזואלקטרי יש בעיה של יעילות המרת אנרגיה. יעילות ההמרה קשורה לבחירת חומר המתמר, צורת הרטט, מבנה מערכת הרטט המכנית (כולל מנגנון התמיכה), ותדירות הפעולה. לכן, בתכנון של מתמרים קוליים, יש לקחת בחשבון גורמים שונים, כגון עכבה אקוסטית, תגובת תדרים, התאמת עכבות, מבנה אקוסטי, מצבי רטט וחומרי המרה, וכיצד לתכנן ולתאם גורמים אלו כך שההמרה האלקטרו-אקוסטית יכול להגיע לתמורה הטובה ביותר.
מתמר קרמי פיזואלקטרי הוא חומר קרמי אלקטרוני בעל תכונות פיזואלקטריות. ההבדל העיקרי מגביש קוורץ פיזואלקטרי טיפוסי ללא רכיבים פרו-אלקטריים הוא ששלבי הגביש המרכיבים את מרכיביו העיקריים הם כולם גרגרי גביש פרו-אלקטריים. מכיוון שהקרמיקה היא אגרגטים רב-גבישיים עם גרגירים בעלי אוריינטציה אקראית, וקטור הקיטוב הספונטני של כל גרגר פרו-אלקטרי גם הוא מבולבל. על מנת שהקרמיקה תציג תכונות פיזואלקטריות מקרוסקופיות, יש לקטב את הקרמיקה הפיאזואלקטרית בשדה חשמלי DC חזק לאחר הירי, ופני הקצה יהיו נתונים לאלקטרודות מרובות, כך שווקטור הקיטוב של הכיוון המקורי ללא סדר יהיה מכוון ב כיוון השדה החשמלי, ולאחר ביטול השדה החשמלי, הקרמיקה הפיאזואלקטרית לאחר טיפול הקיטוב תשמור על קיטוב שיורי מקרוסקופי מסוים, כך שלקרמיקה יהיה לחץ מסוים.
