ویژگی های سرامیک های التراسونیک پیزوالکتریک
سرامیک های پیزوالکتریک اولتراسونیک دسته ای از مواد سرامیکی الکترونیکی با خواص پیزوالکتریک هستند. تفاوت اصلی با کریستال‌های کوارتز پیزوالکتریک معمولی که حاوی اجزای فروالکتریک نیستند این است که فازهای بلوری که اجزای اصلی آنها را تشکیل می‌دهند، همگی دانه‌های فروالکتریک هستند، زیرا سرامیک‌ها سنگدانه‌های پلی کریستالی با دانه‌هایی با جهت تصادفی هستند، بردار پلاریزاسیون خود به خودی هر یک از دانه‌های فروالکتریک نیز هستند. جهت دار. برای اینکه سرامیک ها خواص پیزوالکتریک ماکروسکوپیک را از خود نشان دهند، باید در سرامیک های پیزوالکتریک پخته شوند. پس از تشکیل و ترکیب با الکترود کامپوزیت در وجه انتهایی، برای درمان پلاریزاسیون در زیر یک میدان الکتریکی قوی DC قرار می‌گیرد، به طوری که بردارهای پلاریزاسیون مربوطه از جهت بی‌نظم اصلی ترجیحاً در امتداد جهت میدان الکتریکی قرار می‌گیرند. سرامیک های پیزوالکتریک پس از درمان پلاریزاسیون، پس از لغو میدان الکتریکی، قطبش باقیمانده ماکروسکوپی خاصی حفظ می شود، به طوری که سرامیک دارای خواص پیزوالکتریک خاصی است.
خواص دی الکتریک و الاستیک:
خاصیت دی الکتریک سرامیک های پیزوالکتریک نشان دهنده درجه پاسخ ماده سرامیکی به میدان الکتریکی خارجی است که معمولاً با ثابت دی الکتریک ε0 نشان داده می شود. وقتی میدان الکتریکی خارجی خیلی بزرگ نباشد، می توان از یک رابطه خطی برای پاسخ دی الکتریک به میدان الکتریکی استفاده کرد:
برای سرامیک های پیزوالکتریک، P قدرت پلاریزاسیون، ε{0}} گذردهی خلاء، E حساسیت الکتریکی، و E میدان الکتریکی اعمال شده است. کاربردهای مختلف اجزای سرامیکی پیزوالکتریک نیازمندی های متفاوتی برای ثابت دی الکتریک سرامیک های پیزوالکتریک دارد. به عنوان مثال، اجزای صوتی مانند بلندگوهای سرامیکی پیزوالکتریک به ثابت دی الکتریک زیادی از سرامیک نیاز دارند، در حالی که اجزای سرامیکی پیزوالکتریک با فرکانس بالا به ثابت دی الکتریک کمی از مواد نیاز دارند.
ضریب الاستیک سرامیک های پیزوالکتریک پارامتری است که رابطه بین تغییر شکل سرامیک و نیروی اعمالی را نشان می دهد. مانند سایر الاستومرها، مواد سرامیکی پیزوالکتریک از قانون هوک پیروی می کنند: Xmn=cmnpqxmnpq، که در آن cmnpq ثابت سختی الاستیک الاستومر نامیده می شود، X تنش و x کرنش است. برای اجسام پیزوالکتریک، به دلیل پیزوالکتریک بودن، مقدار ضریب الاستیک مربوط به شرایط مرزی الکتریکی است.
پیزوالکتریک سرامیک های پیزوالکتریک:
بزرگترین ویژگی سرامیک های پیزوالکتریک، پیزوالکتریک است، از جمله پیزوالکتریک مثبت و پیزوالکتریک معکوس. پیزوالکتریک مثبت به جابجایی نسبی مراکز بار مثبت و منفی در برخی دی الکتریک ها تحت تأثیر نیروی خارجی مکانیکی اطلاق می شود که باعث پلاریزاسیون می شود که منجر به ظهور بارهای محدود با علائم مخالف بر روی سطوح دی الکتریک می شود. در مواردی که نیروی خارجی خیلی زیاد نباشد، چگالی بار آن متناسب با نیروی خارجی است، طبق فرمول:
که در آن δ چگالی بار سطحی، d ثابت کرنش پیزوالکتریک، و T تنش کششی است. برعکس، هنگامی که یک میدان الکتریکی خارجی به دی الکتریک پیزوالکتریک اعمال می شود، مراکز بار مثبت و منفی در داخل دی الکتریک دچار جابجایی نسبی شده و قطبی می شوند و جابجایی باعث تغییر شکل دی الکتریک می شود. این اثر را پیزوالکتریک معکوس می نامند. هنگامی که میدان الکتریکی خیلی قوی نیست، تغییر شکل یک رابطه خطی با میدان الکتریکی خارجی دارد، طبق فرمول:
dt ثابت کرنش پیزوالکتریک معکوس است، یعنی ماتریس انتقال یافته d، E میدان الکتریکی اعمال شده و x کرنش است. قدرت اثر پیزوالکتریک نشان دهنده درجه جفت شدن بین خواص الاستیک و خواص دی الکتریک کریستال است که با ضریب جفت الکترومکانیکی K نشان داده می شود که از فرمول پیروی می کند:
که در آن u12 انرژی پیزوالکتریک، u1 انرژی الاستیک و u2 انرژی دی الکتریک است.
مکانیسم های فیزیکی خواص پیزوالکتریک:
دو سر ورق سرامیکی پیزوالکتریک پلاریزه دارای بارهای متصل هستند، بنابراین لایه ای از بارهای آزاد از دنیای خارج بر روی سطح الکترود جذب می شود. هنگامی که فشار خارجی F به ورق سرامیکی وارد می شود، تخلیه در هر دو انتهای ورق اتفاق می افتد. برعکس، اگر کشیده شود، پدیده شارژ رخ می دهد. پدیده ای که در آن این اثر مکانیکی به اثر الکتریکی تبدیل می شود متعلق به اثر پیزوالکتریک مثبت است.
علاوه بر این، سرامیک های پیزوالکتریک دارای خاصیت پلاریزاسیون خود به خودی هستند و قطبش خود به خودی می تواند تحت تأثیر میدان الکتریکی خارجی تبدیل شود. بنابراین، هنگامی که یک میدان الکتریکی خارجی به یک دی الکتریک پیزوالکتریک اعمال می شود، تغییر همانطور که در شکل نشان داده شده است رخ می دهد و سرامیک پیزوالکتریک تغییر شکل می دهد. با این حال، دلیل تغییر شکل سرامیک های پیزوالکتریک این است که وقتی همان میدان الکتریکی خارجی مانند قطبش خود به خود اعمال می شود، معادل افزایش قدرت پلاریزاسیون است. افزایش قدرت پلاریزاسیون باعث می شود ورق سرامیکی پیزوالکتریک در جهت قطبش کشیده شود. برعکس، اگر میدان الکتریکی معکوس اعمال شود، ورق سرامیکی در جهت قطبش کوتاه می شود. این پدیده که در اثر اثر الکتریکی به اثر مکانیکی تبدیل می شود، اثر پیزوالکتریک معکوس است.
ویژگی های دیگر:
سرامیک های پیزوالکتریک دارای ویژگی های حساسی هستند و می توانند ارتعاشات مکانیکی بسیار ضعیف را به سیگنال های الکتریکی تبدیل کنند که می تواند در سیستم های سونار، تشخیص آب و هوا، حفاظت از محیط زیست تله متری، لوازم خانگی و غیره مورد استفاده قرار گیرد. حساسیت سرامیک های پیزوالکتریک به نیروهای خارجی باعث می شود که حتی بتوان از آن ها را حس کرد. اختلال در هوا ناشی از بال زدن حشرات در حال پرواز در فاصله بیش از ده متری. استفاده از آن برای ساختن لرزه نگارهای پیزوالکتریک می تواند شدت زمین لرزه ها را به دقت اندازه گیری کند و آزیموت و فاصله زمین لرزه ها را نشان دهد. باید گفت که این یک شاهکار بزرگ سرامیک های پیزوالکتریک است.
تغییر شکل سرامیک های پیزوالکتریک تحت تاثیر میدان الکتریکی بسیار کم است و حداکثر بیش از یک ده میلیونم اندازه خودش نیست. این تغییر کوچک را دست کم نگیرید. کنترل ابزار و ماشین آلات دقیق، فناوری میکروالکترونیک، مهندسی زیستی و سایر زمینه ها یک موهبت بزرگ است.
دستگاه های کنترل فرکانس مانند رزوناتورها و فیلترها اجزای کلیدی هستند که عملکرد تجهیزات ارتباطی را تعیین می کنند. سرامیک های پیزوالکتریک از این نظر مزایای آشکاری دارند. دارای ثبات فرکانس خوب، دقت بالا، محدوده فرکانس قابل اجرا گسترده، اندازه کوچک، عدم جذب رطوبت و عمر طولانی است. به خصوص در تجهیزات ارتباطی چند کاناله، می تواند عملکرد ضد تداخل را بهبود بخشد، که باعث می شود تجهیزات الکترومغناطیسی قبلی نتوانند به عقب نگاه کنند و با مشکل غرق شدن مواجه شوند. سرنوشت جایگزین
