ลักษณะของเซรามิกส์ Piezoelectric อัลตราโซนิก

ลักษณะของเซรามิกส์ Piezoelectric อัลตราโซนิก

เซรามิกส์เพียโซอิเล็กทริกอัลตราโซนิกเป็นวัสดุเซรามิกอิเล็กทรอนิกส์ชนิดหนึ่งที่มีคุณสมบัติเพียโซอิเล็กทริก ความแตกต่างที่สำคัญจากผลึกควอทซ์เพียโซอิเล็กทริกทั่วไปที่ไม่มีส่วนประกอบของเฟอโรอิเล็กทริกก็คือ เฟสของคริสตัลที่ประกอบกันเป็นส่วนประกอบหลักคือเกรนเฟอร์โรอิเล็กทริกทั้งหมด เนื่องจากเซรามิกเป็นมวลรวมของคริสตัลไลน์ที่มีเกรนเชิงสุ่ม เวกเตอร์โพลาไรเซชันที่เกิดขึ้นเองของเกรนเฟอร์โรอิเล็กทริกแต่ละอันจึงมีลักษณะวุ่นวาย มุ่งเน้น เพื่อให้เซรามิกแสดงคุณสมบัติเพียโซอิเล็กทริกในระดับมหภาค จะต้องเผาในเซรามิกเพียโซอิเล็กทริก หลังจากขึ้นรูปและรวมกับอิเล็กโทรดคอมโพสิตที่ส่วนท้ายแล้ว จะถูกวางไว้ใต้สนามไฟฟ้ากระแสตรงแรงสูงสำหรับการบำบัดโพลาไรเซชัน เพื่อให้เวกเตอร์โพลาไรเซชันตามลำดับของการวางแนวที่ไม่เป็นระเบียบดั้งเดิมนั้นได้รับการกำหนดทิศทางตามทิศทางของสนามไฟฟ้าเป็นพิเศษ เซรามิกเพียโซอิเล็กทริกหลังการบำบัดด้วยโพลาไรเซชัน ใน หลังจากสนามไฟฟ้าถูกยกเลิก โพลาไรเซชันที่เหลืออยู่ในระดับมหภาคจะยังคงอยู่ เพื่อให้เซรามิกมีคุณสมบัติเพียโซอิเล็กทริกบางอย่าง

คุณสมบัติเป็นฉนวนและยืดหยุ่น:

คุณสมบัติไดอิเล็กตริกของเซรามิกเพียโซอิเล็กทริกสะท้อนระดับการตอบสนองของวัสดุเซรามิกต่อสนามไฟฟ้าภายนอก ซึ่งโดยปกติจะแสดงด้วยค่าคงที่ไดอิเล็กตริก ε0 เมื่อสนามไฟฟ้าภายนอกไม่ใหญ่เกินไป สามารถใช้ความสัมพันธ์เชิงเส้นสำหรับการตอบสนองของไดอิเล็กตริกต่อสนามไฟฟ้าได้:

สำหรับเซรามิกเพียโซอิเล็กทริก P คือความแรงของโพลาไรเซชัน ε0 คือค่าการอนุญาตสุญญากาศ E คือความไวต่อไฟฟ้า และ E คือสนามไฟฟ้าที่ใช้ การใช้ชิ้นส่วนเซรามิกเพียโซอิเล็กทริกที่แตกต่างกันมีข้อกำหนดที่แตกต่างกันสำหรับค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของเซรามิกเพียโซอิเล็กทริก ตัวอย่างเช่น ส่วนประกอบด้านเสียง เช่น ลำโพงเซรามิกเพียโซอิเล็กทริกต้องการค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของเซรามิกมาก ในขณะที่ส่วนประกอบเซรามิกเพียโซอิเล็กทริกความถี่สูงต้องการค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของวัสดุเพียงเล็กน้อย

ค่าสัมประสิทธิ์ความยืดหยุ่นของเซรามิกเพียโซอิเล็กทริกเป็นพารามิเตอร์ที่สะท้อนถึงความสัมพันธ์ระหว่างการเสียรูปของเซรามิกส์กับแรงที่กระทำ เช่นเดียวกับอีลาสโตเมอร์อื่นๆ วัสดุเซรามิกเพียโซอิเล็กทริกเป็นไปตามกฎของฮุค: Xmn=cmnpqxmnpq โดยที่ cmnpq เรียกว่าค่าคงที่ความแข็งยืดหยุ่นของอีลาสโตเมอร์ X คือความเค้น และ x คือความเครียด สำหรับเนื้อเพียโซอิเล็กทริก เนื่องจากเพียโซอิเล็กทริกค่าของค่าสัมประสิทธิ์ยืดหยุ่นจะสัมพันธ์กับเงื่อนไขขอบเขตทางไฟฟ้า

Piezoelectricity ของเซรามิกส์ Piezoelectric:

ลักษณะเฉพาะที่ใหญ่ที่สุดของเซรามิกเพียโซอิเล็กทริกคือเพียโซอิเล็กทริก รวมถึงเพียโซอิเล็กทริกบวกและเพียโซอิเล็กทริกแบบผกผัน พีโซอิเล็กทริกแบบบวกหมายถึงการกระจัดสัมพัทธ์ของศูนย์ประจุบวกและลบในไดอิเล็กตริกบางชนิดภายใต้การกระทำของแรงภายนอกเชิงกล ซึ่งทำให้เกิดโพลาไรเซชัน ซึ่งนำไปสู่การปรากฏของประจุไฟฟ้าที่มีเครื่องหมายตรงกันข้ามบนพื้นผิวของไดอิเล็กตริก ในกรณีที่แรงภายนอกไม่มากเกินไป ความหนาแน่นของประจุจะเป็นสัดส่วนกับแรงภายนอก ตามสูตร:

โดยที่ δ คือความหนาแน่นของประจุที่พื้นผิว d คือค่าคงที่ของความเครียดเพียโซอิเล็กทริก และ T คือความเค้นดึง ในทางกลับกัน เมื่อใช้สนามไฟฟ้าภายนอกกับไดอิเล็กตริกเพียโซอิเล็กทริก ศูนย์ประจุบวกและลบภายในไดอิเล็กตริกจะมีการกระจัดสัมพัทธ์และมีขั้ว และการกระจัดทำให้ไดอิเล็กตริกเปลี่ยนรูป ผลกระทบนี้เรียกว่า piezoelectricity ผกผัน เมื่อสนามไฟฟ้าไม่แรงมาก การเสียรูปจะมีความสัมพันธ์เชิงเส้นกับสนามไฟฟ้าภายนอก ตามสูตร:

dt คือค่าคงที่ของความเครียดเพียโซอิเล็กทริกผกผัน นั่นคือ เมทริกซ์ทรานสโพสของ d, E คือสนามไฟฟ้าที่ใช้ และ x คือความเครียด ความแข็งแรงของเอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกสะท้อนถึงระดับของการมีเพศสัมพันธ์ระหว่างคุณสมบัติยืดหยุ่นและคุณสมบัติไดอิเล็กตริกของคริสตัล ซึ่งแสดงโดยค่าสัมประสิทธิ์การมีเพศสัมพันธ์ทางกลไฟฟ้า K ซึ่งเป็นไปตามสูตร:

โดยที่ u12 คือพลังงานเพียโซอิเล็กทริก u1 คือพลังงานยืดหยุ่น และ u2 คือพลังงานไดอิเล็กตริก

กลไกทางกายภาพของคุณสมบัติเพียโซอิเล็กทริก:

ปลายทั้งสองด้านของแผ่นเซรามิกเพียโซอิเล็กทริกโพลาไรซ์จะมีประจุผูกพัน ดังนั้นชั้นของประจุอิสระจากโลกภายนอกจึงถูกดูดซับไว้บนผิวอิเล็กโทรด เมื่อใช้แรงดันภายนอก F กับแผ่นเซรามิก การคายประจุจะเกิดขึ้นที่ปลายทั้งสองของแผ่น ในทางตรงกันข้าม หากดึงออก จะเกิดปรากฏการณ์การชาร์จ ปรากฏการณ์ที่เอฟเฟกต์เชิงกลนี้เปลี่ยนเป็นเอฟเฟกต์ไฟฟ้าเป็นของเอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกเชิงบวก

นอกจากนี้ เซรามิกเพียโซอิเล็กทริกยังมีคุณสมบัติเป็นโพลาไรเซชันที่เกิดขึ้นเอง และโพลาไรเซชันที่เกิดขึ้นเองสามารถเปลี่ยนได้ภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้าภายนอก ดังนั้น เมื่อใช้สนามไฟฟ้าภายนอกกับไดอิเล็กตริกเพียโซอิเล็กทริก จะเกิดการเปลี่ยนแปลงดังแสดงในรูป และเซรามิกเพียโซอิเล็กทริกจะผิดรูป อย่างไรก็ตาม สาเหตุที่เซรามิกเพียโซอิเล็กทริกเปลี่ยนรูปเป็นเพราะเมื่อมีการใช้สนามไฟฟ้าภายนอกเดียวกันกับโพลาไรเซชันที่เกิดขึ้นเอง มันจะเทียบเท่ากับการเพิ่มความแข็งแรงของโพลาไรเซชัน การเพิ่มความแข็งแรงของโพลาไรเซชันทำให้แผ่นเพียโซอิเล็กทริกเซรามิกยืดออกในทิศทางโพลาไรซ์ ในทางตรงกันข้าม หากใช้สนามไฟฟ้าย้อนกลับ แผ่นเซรามิกจะสั้นลงตามทิศทางโพลาไรซ์ ปรากฏการณ์นี้ซึ่งถูกแปลงเป็นผลเชิงกลเนื่องจากผลทางไฟฟ้า คือผลแบบเพียโซอิเล็กทริกแบบผกผัน

คุณสมบัติอื่นๆ:

เซรามิกเพียโซอิเล็กทริกมีลักษณะที่ละเอียดอ่อนและสามารถแปลงการสั่นสะเทือนเชิงกลที่อ่อนแอมากเป็นสัญญาณไฟฟ้า ซึ่งสามารถใช้ในระบบโซนาร์ การตรวจจับสภาพอากาศ การปกป้องสิ่งแวดล้อมทางไกล เครื่องใช้ในบ้าน ฯลฯ ความไวของเซรามิกเพียโซอิเล็กทริกต่อแรงภายนอกทำให้สามารถรับรู้ได้ ความแปรปรวนของอากาศอันเกิดจากแมลงบินกระพือปีกไปไกลกว่าสิบเมตร การใช้มันเพื่อสร้างเครื่องวัดแผ่นดินไหวแบบเพียโซอิเล็กทริกสามารถวัดความรุนแรงของแผ่นดินไหวได้อย่างแม่นยำ และระบุแนวราบและระยะห่างของแผ่นดินไหว ต้องบอกว่าเป็นผลงานที่ยอดเยี่ยมของเซรามิกเพียโซอิเล็กทริก

การเสียรูปของเซรามิกเพียโซอิเล็กทริกภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้านั้นมีขนาดเล็กมาก อย่างมากไม่เกินหนึ่งในสิบล้านของขนาดของมันเอง อย่าประมาทการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยนี้ การควบคุมเครื่องมือและเครื่องจักรที่มีความแม่นยำ เทคโนโลยีไมโครอิเล็กทรอนิกส์ วิศวกรรมชีวภาพ และสาขาอื่นๆ เป็นประโยชน์อย่างมาก

อุปกรณ์ควบคุมความถี่ เช่น รีโซเนเตอร์และตัวกรองเป็นองค์ประกอบหลักที่กำหนดประสิทธิภาพของอุปกรณ์สื่อสาร เซรามิกเพียโซอิเล็กทริกมีข้อได้เปรียบที่ชัดเจนในเรื่องนี้ มีความเสถียรของความถี่ที่ดี ความแม่นยำสูง ช่วงความถี่ที่ใช้ได้กว้าง ขนาดเล็ก ไม่ดูดซับความชื้น และอายุการใช้งานยาวนาน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในอุปกรณ์สื่อสารแบบหลายช่องสัญญาณสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการป้องกันการรบกวน ซึ่งทำให้อุปกรณ์แม่เหล็กไฟฟ้ารุ่นก่อนไม่สามารถมองย้อนกลับไปได้และต้องเผชิญกับปัญหาที่ถูกครอบงำ โชคชะตาทางเลือก