Características da Cerâmica Piezoelétrica Ultrassônica
As cerâmicas piezoelétricas ultrassônicas são uma classe de materiais cerâmicos eletrônicos com propriedades piezoelétricas. A principal diferença dos cristais de quartzo piezoelétricos típicos que não contêm componentes ferroelétricos é que as fases cristalinas que compõem seus componentes principais são todos grãos ferroelétricos. orientado. Para que a cerâmica exiba propriedades piezoelétricas macroscópicas, ela deve ser queimada em cerâmica piezoelétrica. Depois de formado e combinado com o eletrodo composto na face final, ele é colocado sob um forte campo elétrico DC para tratamento de polarização, de modo que os respectivos vetores de polarização da orientação original desordenada sejam orientados preferencialmente ao longo da direção do campo elétrico. A cerâmica piezoelétrica após o tratamento de polarização, em Após o cancelamento do campo elétrico, uma certa polarização remanescente macroscópica será retida, de modo que a cerâmica tenha certas propriedades piezoelétricas.
Propriedades dielétricas e elásticas:
A propriedade dielétrica das cerâmicas piezoelétricas reflete o grau de resposta do material cerâmico a um campo elétrico externo, que geralmente é representado pela constante dielétrica ε0. Quando o campo elétrico externo não é muito grande, uma relação linear pode ser usada para a resposta do dielétrico ao campo elétrico:
Para cerâmica piezoelétrica, P é a força de polarização, ε0 é a permissividade do vácuo, E é a suscetibilidade elétrica e E é o campo elétrico aplicado. Diferentes usos de componentes cerâmicos piezoelétricos têm requisitos diferentes para a constante dielétrica de cerâmica piezoelétrica. Por exemplo, componentes de áudio como alto-falantes cerâmicos piezoelétricos requerem uma grande constante dielétrica da cerâmica, enquanto componentes cerâmicos piezoelétricos de alta frequência requerem uma pequena constante dielétrica do material.
O coeficiente elástico da cerâmica piezoelétrica é um parâmetro que reflete a relação entre a deformação da cerâmica e a força aplicada. Como outros elastômeros, os materiais cerâmicos piezoelétricos seguem a lei de Hooke: Xmn=cmnpqxmnpq, onde cmnpq é chamada de constante de dureza elástica do elastômero, X é a tensão e x é a deformação. Para corpos piezelétricos, devido à piezoeletricidade, o valor do coeficiente elástico está relacionado com as condições elétricas de contorno.
Piezoeletricidade da Cerâmica Piezoelétrica:
A maior característica da cerâmica piezoelétrica é a piezoeletricidade, incluindo piezoeletricidade positiva e piezoeletricidade inversa. A piezoeletricidade positiva refere-se ao deslocamento relativo dos centros de carga positiva e negativa em alguns dielétricos sob a ação da força mecânica externa, que causa polarização, o que leva ao aparecimento de cargas ligadas com sinais opostos nas superfícies dos dielétricos. Caso a força externa não seja muito grande, sua densidade de carga é proporcional à força externa, seguindo a fórmula:
onde δ é a densidade de carga superficial, d é a constante de deformação piezoelétrica e T é a tensão de tração. Por outro lado, quando um campo elétrico externo é aplicado a um dielétrico piezoelétrico, os centros de carga positiva e negativa dentro do dielétrico sofrem deslocamento relativo e são polarizados, e o deslocamento faz com que o dielétrico se deforme. Este efeito é chamado de piezoeletricidade inversa. Quando o campo elétrico não é muito forte, a deformação tem uma relação linear com o campo elétrico externo, seguindo a fórmula:
dt é a constante de deformação piezoelétrica inversa, ou seja, a matriz transposta de d, E é o campo elétrico aplicado e x é a deformação. A força do efeito piezoelétrico reflete o grau de acoplamento entre as propriedades elásticas e as propriedades dielétricas do cristal, que é representada pelo coeficiente de acoplamento eletromecânico K, que segue a fórmula:
onde u12 é a energia piezoelétrica, u1 é a energia elástica e u2 é a energia dielétrica.
Mecanismos Físicos de Propriedades Piezoelétricas:
As duas extremidades da placa de cerâmica piezoelétrica polarizada terão cargas ligadas, de modo que uma camada de cargas livres do mundo externo é adsorvida na superfície do eletrodo. Quando uma pressão externa F é aplicada à placa de cerâmica, a descarga ocorre em ambas as extremidades da placa. Pelo contrário, se for puxado, ocorrerá o fenômeno de carregamento. O fenômeno em que esse efeito mecânico se transforma em efeito elétrico pertence ao efeito piezoelétrico positivo.
Além disso, a cerâmica piezoelétrica possui a propriedade de polarização espontânea, e a polarização espontânea pode ser transformada sob a ação de um campo elétrico externo. Portanto, quando um campo elétrico externo é aplicado a um dielétrico piezoelétrico, ocorrerá a alteração mostrada na figura e a cerâmica piezoelétrica será deformada. No entanto, a razão pela qual a cerâmica piezoelétrica se deforma é porque quando o mesmo campo elétrico externo como polarização espontânea é aplicado, é equivalente a aumentar a força de polarização. O aumento da força de polarização faz com que a placa de cerâmica piezoelétrica se alongue na direção da polarização. Pelo contrário, se o campo elétrico reverso for aplicado, a placa cerâmica encurta ao longo da direção da polarização. Este fenômeno, que se converte em efeito mecânico devido a um efeito elétrico, é o efeito piezoelétrico inverso.
Outras características:
As cerâmicas piezoelétricas têm características sensíveis e podem converter vibrações mecânicas extremamente fracas em sinais elétricos, que podem ser usados em sistemas de sonar, detecção meteorológica, proteção ambiental de telemetria, eletrodomésticos, etc. a perturbação do ar causada por insetos voadores batendo suas asas a mais de dez metros de distância. Usá-lo para fazer sismômetros piezoelétricos pode medir com precisão a intensidade dos terremotos e indicar o azimute e a distância dos terremotos. Isso deve ser considerado uma grande façanha da cerâmica piezoelétrica.
A deformação da cerâmica piezoelétrica sob a ação do campo elétrico é muito pequena, no máximo não mais que um décimo de milionésimo de seu próprio tamanho. Não subestime esta pequena mudança. O controle de instrumentos e máquinas de precisão, tecnologia microeletrônica, bioengenharia e outros campos são uma grande vantagem.
Dispositivos de controle de frequência, como ressonadores e filtros, são componentes-chave que determinam o desempenho do equipamento de comunicação. As cerâmicas piezoelétricas têm vantagens óbvias a esse respeito. Possui boa estabilidade de frequência, alta precisão, ampla faixa de frequência aplicável, tamanho pequeno, sem absorção de umidade e longa vida útil. Especialmente em equipamentos de comunicação multicanal, pode melhorar o desempenho anti-interferência, o que torna o equipamento eletromagnético anterior incapaz de olhar para trás e enfrentar o problema de ser sobrecarregado. Destino alternativo.
