Étude sur les caractéristiques de polarisation des céramiques piézoélectriques

En tant que nouveau matériel qui a émergé ces dernières années,céramique piézoélectriquesont largement utilisés dans la fabrication de produits électroniques et de recherche en laboratoire. La variation de la constante diélectrique de la céramique piézoélectrique est étroitement liée à ses caractéristiques structurelles et à son mode de polarisation. Par conséquent, l'étude des caractéristiques de son mode de polarisation a une référence élevée pour une compréhension et une recherche plus profondes sur les nouveaux matériaux tels que la céramique piézoélectrique. Le mode de polarisation de la céramique piézoélectrique a été analysé par des expériences, et le mode de polarisation de la céramique piézoélectrique a été prédit à l'état d'un champ électrique alterné externe. Le spectre diélectrique a été mesuré par un spectromètre électrique, et la prédiction précédemment a été vérifiée par le spectre diélectrique de mesure et analysée.

Polarisation et paramètres diélectriques decristaux de céramique piézoélectriqueest principalement des cristaux diélectriques, également appelés diélectriques. Dans l'action d'un champ électrique externe, les diélectriques réagiront au champ électrique externe de manière inductive. Une certaine charge apparaît dans le corps ou à la surface. Ce phénomène est appelé sur la polarisation. L'électrodéisation est représentée par un vecteur de polarisation macroscopique P, qui est égal à la somme vectorielle des moments dipolaires électriques par unité de volume. Si le nombre égal charge qui laisse une distance sous l'action d'un champ électrique, qui représente le moment dipolaire électrique du système de charge, et la direction de L est dirigée par la charge négative à la charge positive. L'essence de la polarisation du diélectrique dans le champ électrique externe est que la charge constituait le diélectrique qui a un déplacement macroscopique sous l'action du champ électrique externe. La charge positive sera déplacée le long de la ligne électrique et la charge négative déplacera la ligne électrique inverse, elle provoque une génération diélectrique un moment dipolaire macroélectrique. Dans une certaine plage, la polarisation P est proportionnelle au champ électrique externe E P = εXE, et x est appelé taux de polarisation. À partir de l'analyse du mécanisme microscopique, il existe trois façons de générer une polarisation diélectrique, à savoir que la polarisation du déplacement électronique est utilisée pour la polarisation et la polarisation d'orientation des molécules polaires. Dipôle dans le milieu, qui peut être caractérisé par le moment dipolaire électrique de la molécule ou de l'atome. La taille de μ est déterminée non seulement par le champ électrique macroscopique E, mais aussi par le champ électrique généré par les molécules adjacentes. La somme des deux est appelée le champ efficace ei. Dans la formule μ = αEI, α est appelée polarisabilité d'une molécule ou d'un atome, et c'est une quantité physique microscopique décrivant les caractéristiques de polarisation d'une molécule.

1.1 Polarisation de déplacement d'électrons

Sous l'action d'un champ électrique externe, le nuage d'électrons dans les atomes et les ions qui composent le diélectrique seront déformés, ce qui fait bouger le nuage d'électrons par rapport au noyau, générant ainsi un moment dipolaire électrique. Cette polarisation est appelée polarisation de déplacement des électrons. La polarisation du déplacement électronique est une forme de polarisation que tous les diélectriques ont. La polarisation de déplacement d'un électron indique qu'en raison de l'influence du champ électrique externe, l'électron aura une certaine probabilité d'absorber l'énergie et de transition entre les niveaux d'énergie correspondants. Étant donné que les électrons externes sont faiblement liés par les atomes, le déplacement des électrons des atomes est principalement dérivé des électrons de valence. La polarisabilité de déplacement de l'électron est représentée par αe, et on suppose que la molécule considérée est une sphère, qui est calculée par un point de vueSphère Piezo Céramiquemodèle et un modèle d'orbite circulaire.

Polarisation de déplacement ionique

Polarisation d'orientation du moment dipolaire électrique intrinsèque

Si la molécule constitue le diélectrique qui est une molécule polaire, dont le centre de charge positif ne coïncide pas avec le centre de la charge négative, il a un moment dipolaire électrique inhérent. En l'absence d'un champ électrique externe, depuis le moment dipolaire électrique des molécules diélectriques de mouvement thermique decomposant en céramique piézoélectriqueest spatialement désordonné, la probabilité de pointer dans toutes les directions est la même, et les moments dipolaires électriques moléculaires s'annulent. Par conséquent, le diélectrique dans son ensemble n'a pas de moment dipolaire électrique. Lorsqu'un champ électrique externe est appliqué, les charges positives et négatives du dipôle électrique moléculaire sont affectées par la force du champ électrique, et il y a une tendance à pointer vers la direction du champ électrique externe, ou ils doivent être conservés dans une stable État, de sorte que l'énergie du système est minimisée, et il est nécessaire de pointer vers la direction du champ électrique externe. Ou précession autour d'un champ électrique externe. Selon la théorie statistique, le nombre de particules à l'énergie E est proportionnel à e = -ekt. Selon cela, la polarisabilitéαd de la polarisation d'orientation de la molécule diélectrique peut être calculée. DD = μ2. Dans la formule 3KT, μ est le moment dipolaire électrique intrinsèque moléculaire, k est la constante de Boltzmann, et t est la température.

La polarisabilité totale α de la molécule peut être considérée comme la somme des polarisabilités de divers mécanismes α = αe + αa + αd. Si le nombre de molécules par volume unitaire est n, le vecteur de polarisation macroscopique P peut être corrélé avec la polarisabilité moléculaire microscopique α. P = nαeip = ε0 (εr-1) e = nαei, de sorte que le champ électrique effectif ei perçu par chaque polarisation moléculaire dans le milieu constant diélectrique est différent du champ électrique moyen macroscopique E. Pour une molécule, il n'est pas seulement affecté par E, mais aussi par le champ électrique généré par d'autres polarisations. Il est envisagé que le modèle moléculaire examiné soit une sphère, et le rayon de la sphère est beaucoup plus grand que l'espacement des atomes. L'influence de la polarisation moléculaire à l'extérieur, letransducteur piézoélectrique à ultrasonsPeut être traité comme un milieu polarisé continu de manière macroscopique. Les réponses de degré au changement du champ externe pendant la polarisation du milieu sont représentées par le temps de relaxation τ. La signification physique de τ ajoute un champ électrique constant au diélectrique, en supprimant le champ électrique après la stabilisation de la polarisation, et passant le temps τ, la polarisation p. La somme des vecteurs de moment dipolaire électrique dans le volume est réduit à 1 / e du PM d'origine, c'est-à-dire p = pMETτ. Puisqu'il y a une relaxation dans le processus de polarisation, D (vecteur de déplacement), les changements P et E ne sont pas en phase. D, P sera à la traîne de la phase de E. Le champ électrique alterné sinusoïdal est représenté par un nombre complexe. Afin de mesurer le spectre diélectrique de la céramique piézoélectrique, dans cette expérience, un buzzer en céramique piézoélectrique est placé entre deux feuilles d'électrodes circulaires, et la fréquence angulaire est ajoutée à la feuille d'électrode et à la tension sinusoïdale de ω.