Effet piézoélectrique de la céramique piézoélectrique

Lorsque la céramique piézoélectrique est polarisée, il y a une forte polarisation résiduelle du champ à l'intérieur du matériau en céramique. Lorsque le matériau en céramique est soumis à une force externe, la limite des mouvements du domaine provoque un changement de l'intensité de polarisation et résulte un effet piézoélectrique.

La céramique piézoélectrique polarisée a un coefficient piézoélectrique très élevé, qui est environ plusieurs centaines de fois celle d'un cristal de quartz, mais la résistance mécanique est inférieure à celle d'un cristal de quartz.

Le transducteur de plaque piézocéramique est des substances telles que les ferroélectriques et sont des matériaux piézoélectriques polycristallins artificiellement fabriqués artificiellement ayant une structure de domaine similaire à la structure du domaine magnétique des matériaux ferromagnétiques. Un domaine est une région dans laquelle une molécule se forme spontanément. Il a une certaine direction de polarisation, de sorte qu'un certain champ électrique existe. En l'absence d'un champ électrique externe, les domaines individuels sont répartis au hasard sur le cristal, et leurs effets de polarisation sont annulés, de sorte que la céramique piézoélectrique d'origine n'a aucune polarisation interne.

Cependant, lorsque le voltmètre a été connecté aux deux électrodes de la feuille de céramique pour la mesure, la polarisation existant à l'intérieur de la feuille de céramique n'a pas pu être mesurée. En effet, la polarisation dans la feuille piézocéramique est toujours exprimée sous la forme d'un moment dipolaire électrique, c'est-à-dire qu'une charge liée positivement se produit à une extrémité de la céramique et une charge liée négativement se produit à l'autre extrémité. En raison de l'action de la charge liée, une charge de l'extérieur est adsorbée sur la surface de l'électrode de la feuille de céramique. Ces charges libres sont égales au panneau de charge lié dans la feuille de céramique, qui agit pour protéger et contrer les effets de la polarisation dans la feuille de céramique sur le monde extérieur. Par conséquent, le voltmètre ne peut pas mesurer le degré de polarisation dans la feuille de céramique.

Si une pression F parallèle à la direction de polarisation est appliquée à la feuille de céramique, comme le montre la figure, la feuille de céramique subira une déformation de compression (ligne en pointillés sur la figure), la distance entre les charges liées positives et négatives dans la feuille devient plus petit et l'intensité de polarisation change également. Par conséquent, une partie de la charge libre à l'origine adsorbée sur l'électrode est libérée et un phénomène de charge se produit. Lorsque la pression est supprimée, la pièce en céramique revient à son état d'origine (il s'agit d'un processus d'extension), la distance entre les charges positives et négatives du film devient plus grande et l'intensité de polarisation devient également plus grande, de sorte que certaines charges libres sont Adsorbé sur l'électrode et le phénomène de charge se produit.

De même, si un champ électrique de la même direction de polarisation de la céramique piézo-puissante haute puissance est appliqué à la feuille de céramique, comme indiqué sur la figure, car la direction du champ électrique est la même que la direction de la polarisation, l'action de l'électricité Le champ augmente la polarisation. À l'heure actuelle, la distance entre les charges liées positives et négatives dans la feuille de céramique est également augmentée, c'est-à-dire que la feuille de céramique est allongée dans la direction de polarisation (ligne cassée sur la figure). De même, si la direction du champ électrique appliqué est opposée à la direction de la polarisation, la feuille de céramique est raccourcie dans le sens de la polarisation. Ce phénomène de transformation en effet mécanique en raison d'un effet électrique ou d'une transition de l'énergie électrique à l'énergie mécanique est un effet piézoélectrique inverse.

On peut voir que la céramique piézoélectrique a un effet piézoélectrique en raison de la polarisation spontanée à l'intérieur de la céramique. Une fois que la polarisation spontanée est soumise au processus de polarisation et forcée d'être alignée, la polarisation résiduelle est présente dans la céramique. Si l'action externe (comme l'action de la pression ou du champ électrique) peut modifier la polarisation, la céramique piézotique aura un effet piézoélectrique. De plus, on peut voir que les charges polarisées dans la céramique sont des charges liées, elle ne libère pas de charges et ces charges liées ne peuvent pas se déplacer librement. Par conséquent, le phénomène de décharge ou de charge généré dans la céramique est causé par le changement de polarisation interne de la céramique, qui provoque la libération ou la réapprovisionnement de la charge libre sur la surface de l'électrode.

Lorsque la céramique piézoélectrique est soumise à une force Fz dans la direction de polarisation (direction z) sur le plan de polarisation (c'est-à-dire que la force est perpendiculaire au plan de polarisation), puis sur les deux plans de polarisation plaqués en argent (ou or), respectivement positifs Et les frais négatifs apparaissent, le montant de la charge QZZ est proportionnel à la force FZ, c'est-à-dire:

Matériel piézoélectrique:

Cristaux piézoélectriques, comme le quartz;
La céramique piézoélectrique, comme le titanate de baryum, le titanate de zirconate de plomb, etc.;
Semi-conducteurs piézoélectriques tels que le sulfure de zinc, le telluride de cadmium, etc.

Exigences pour les propriétés des matériaux piézoélectriques:

Les avantages exceptionnels des bandes de céramique piézoélectriques en quartz sont très stables pour les performances, une résistance mécanique élevée et d'excellentes propriétés d'isolation. Cependant, les matériaux de quartz sont chers et ont un coefficient piézoélectrique beaucoup plus bas que la céramique piézoélectrique. Par conséquent, il n'est généralement utilisé que dans les instruments ou capteurs standard qui nécessitent des exigences plus élevées. Parce que le quartz est un cristal anisotrope, les propriétés physiques (telles que l'élasticité, l'effet piézoélectrique, les caractéristiques de température, etc.) des plaquettes coupées dans différentes directions varient considérablement. Afin de concevoir le capteur de quartz, la forme de coupe du quartz est correctement sélectionnée en fonction des différentes exigences d'application.