초음파 압전 세라믹스의 특성
초음파 압전 세라믹은 압전 특성을 가진 전자 세라믹 재료의 한 종류입니다. 강유전성 성분을 포함하지 않는 일반적인 압전 수정과의 주요 차이점은 주요 구성 요소를 구성하는 결정상이 모두 강유전성 입자라는 것입니다. 지향. 세라믹이 거시적인 압전 특성을 나타내려면 압전 세라믹에서 소성해야 합니다. 종단면에 복합 전극을 형성하고 결합한 후, 분극 처리를 위해 강한 DC 전기장 아래에 배치하여 원래 무질서한 방향의 각 분극 벡터가 전기장의 방향을 따라 우선적으로 배향되도록 합니다. 분극 처리 후 압전 세라믹은 전계가 제거된 후 특정 거시적 잔류 분극이 유지되어 세라믹이 특정 압전 특성을 갖습니다.
유전체 및 탄성 특성:
압전 세라믹의 유전 특성은 일반적으로 유전 상수 ε0로 표시되는 외부 전기장에 대한 세라믹 재료의 응답 정도를 반영합니다. 외부 전기장이 너무 크지 않으면 전기장에 대한 유전체의 반응에 선형 관계를 사용할 수 있습니다.
압전 세라믹의 경우 P는 분극 강도, ε0는 진공 유전율, E는 전기 자화율, E는 적용된 전기장입니다. 압전 세라믹 부품의 용도에 따라 압전 세라믹의 유전 상수에 대한 요구 사항이 다릅니다. 예를 들어, 압전 세라믹 스피커와 같은 오디오 부품은 세라믹의 큰 유전 상수를 필요로 하는 반면, 고주파 압전 세라믹 부품은 작은 재료의 유전 상수를 필요로 합니다.
압전 세라믹스의 탄성 계수는 세라믹스의 변형과 가해진 힘 사이의 관계를 반영하는 매개변수입니다. 다른 엘라스토머와 마찬가지로 압전 세라믹 재료는 Hooke의 법칙인 Xmn=cmnpqxmnpq를 따릅니다. 여기서 cmnpq는 엘라스토머의 탄성 경도 상수, X는 응력, x는 변형률입니다. 압전체의 경우 압전성으로 인해 탄성계수의 값은 전기적 경계조건과 관련이 있다.
압전 세라믹스의 압전성:
압전 세라믹스의 가장 큰 특징은 양압전과 역압전을 포함하는 압전이다. 양의 압전성은 기계적 외력의 작용 하에서 일부 유전체의 양전하 및 음전하 중심의 상대적인 변위를 말하며, 이로 인해 분극이 발생하여 유전체 표면에 반대 기호가 있는 속박 전하가 나타납니다. 외력이 너무 크지 않은 경우 전하 밀도는 다음 공식에 따라 외력에 비례합니다.
여기서 δ는 표면 전하 밀도, d는 압전 변형 상수, T는 인장 응력입니다. 반대로 압전 유전체에 외부 전계가 가해지면 유전체 내부의 양전하 및 음전하 중심이 상대적으로 변위되어 분극되고 변위로 인해 유전체가 변형됩니다. 이 효과를 역압전성이라고 합니다. 전기장이 그다지 강하지 않은 경우 변형은 다음 공식에 따라 외부 전기장과 선형 관계를 갖습니다.
dt는 역압전변형상수, 즉 d의 전치행렬, E는 인가된 전기장, x는 변형률이다. 압전 효과의 강도는 결정의 탄성 특성과 유전 특성 사이의 결합 정도를 반영하며 다음 공식을 따르는 전기 기계적 결합 계수 K로 표시됩니다.
여기서 u12는 압전 에너지, u1은 탄성 에너지, u2는 유전 에너지입니다.
압전 특성의 물리적 메커니즘:
분극 압전 세라믹 시트의 두 끝은 속박 전하를 가지므로 외부 세계의 자유 전하 층이 전극 표면에 흡착됩니다. 외부 압력 F가 세라믹 시트에 가해지면 시트 양단에서 방전이 발생합니다. 반대로 당기면 충전 현상이 발생합니다. 이 기계적 효과가 전기적 효과로 바뀌는 현상이 양의 압전 효과에 속한다.
또한, 압전 세라믹은 자발 분극(spontaneous polarization)이라는 성질을 가지고 있으며, 자발 분극은 외부 전기장의 작용에 의해 변형될 수 있다. 따라서 압전 유전체에 외부 전기장이 가해지면 그림과 같은 변화가 일어나 압전 세라믹이 변형된다. 그러나 압전세라믹이 변형되는 이유는 자발분극과 동일한 외부 전계를 가하면 분극강도를 높이는 것과 같기 때문이다. 분극 강도의 증가는 압전 세라믹 시트를 분극 방향으로 신장시킨다. 반대로 역전계가 가해지면 세라믹 시트는 분극 방향을 따라 짧아진다. 전기적 효과에 의해 기계적 효과로 변환되는 이 현상을 역 압전 효과라고 합니다.
다른 특징들:
압전 세라믹은 민감한 특성을 가지고 있으며 매우 약한 기계적 진동을 전기 신호로 변환할 수 있으며, 이는 소나 시스템, 날씨 감지, 원격 측정 환경 보호, 가전 제품 등에 사용될 수 있습니다. 압전 세라믹의 외부 힘에 대한 민감성은 날아다니는 곤충이 10미터 이상 떨어진 곳에서 날개를 펄럭이면서 발생하는 공기의 교란. 압전 지진계를 만드는 데 사용하면 지진의 강도를 정확하게 측정하고 지진의 방위각과 거리를 나타낼 수 있습니다. 이것은 압전 세라믹스의 위업이라고 할 수 있습니다.
전기장의 작용 하에서 압전 세라믹의 변형은 매우 작으며 기껏해야 자체 크기의 1천만분의 1을 넘지 않습니다. 이 작은 변화를 과소평가하지 마십시오. 정밀 기기 및 기계 제어, 마이크로 전자 공학 기술, 생명 공학 및 기타 분야는 큰 도움이 됩니다.
공진기 및 필터와 같은 주파수 제어 장치는 통신 장비의 성능을 결정하는 핵심 부품입니다. 압전 세라믹은 이와 관련하여 분명한 이점이 있습니다. 그것은 좋은 주파수 안정성, 높은 정밀도, 넓은 적용 주파수 범위, 작은 크기, 습기 흡수 및 긴 수명을 가지고 있습니다. 특히 다채널 통신 장비에서 간섭 방지 성능을 향상시킬 수 있어 이전의 전자기 장비가 뒤를 돌아보지 못하고 압도당하는 문제에 직면하게 됩니다. 대체 운명.
