Karakteristik Keramik Piezoelektrik Ultrasonik
Keramik piezoelektrik ultrasonik adalah kelas bahan keramik elektronik dengan sifat piezoelektrik. Perbedaan utama dari kristal kuarsa piezoelektrik tipikal yang tidak mengandung komponen feroelektrik adalah bahwa fase kristal yang membentuk komponen utamanya adalah semua butir feroelektrik Karena keramik adalah agregat polikristalin dengan butir yang berorientasi acak, vektor polarisasi spontan dari setiap butir feroelektrik juga kacau. berorientasi. Agar keramik menunjukkan sifat piezoelektrik makroskopik, ia harus dibakar dalam keramik piezoelektrik. Setelah dibentuk dan digabungkan dengan elektroda komposit pada permukaan ujung, ia ditempatkan di bawah medan listrik DC yang kuat untuk perlakuan polarisasi, sehingga masing-masing vektor polarisasi dari orientasi tak beraturan asli diorientasikan secara istimewa sepanjang arah medan listrik. Keramik piezoelektrik setelah perlakuan polarisasi, pada Setelah medan listrik dibatalkan, polarisasi remanen makroskopis tertentu akan dipertahankan, sehingga keramik tersebut memiliki sifat piezoelektrik tertentu.
Sifat dielektrik dan elastis:
Properti dielektrik keramik piezoelektrik mencerminkan tingkat respons bahan keramik terhadap medan listrik eksternal, yang biasanya diwakili oleh konstanta dielektrik ε0. Ketika medan listrik eksternal tidak terlalu besar, hubungan linier dapat digunakan untuk respon dielektrik terhadap medan listrik:
Untuk keramik piezoelektrik, P adalah kekuatan polarisasi, ε0 adalah permitivitas vakum, E adalah kerentanan listrik, dan E adalah medan listrik yang diterapkan. Penggunaan komponen keramik piezoelektrik yang berbeda memiliki persyaratan yang berbeda untuk konstanta dielektrik keramik piezoelektrik. Misalnya, komponen audio seperti speaker keramik piezoelektrik memerlukan konstanta dielektrik keramik yang besar, sedangkan komponen keramik piezoelektrik frekuensi tinggi memerlukan konstanta dielektrik kecil dari material tersebut.
Koefisien elastis keramik piezoelektrik adalah parameter yang mencerminkan hubungan antara deformasi keramik dan gaya yang diterapkan. Seperti elastomer lainnya, bahan keramik piezoelektrik mengikuti hukum Hooke: Xmn=cmnpqxmnpq, dengan cmnpq disebut konstanta kekerasan elastis elastomer, X adalah tegangan, dan x adalah regangan. Untuk benda piezoelektrik, karena piezoelektrik, nilai koefisien elastis terkait dengan kondisi batas listrik.
Piezoelektrik Keramik Piezoelektrik:
Karakteristik terbesar keramik piezoelektrik adalah piezoelektrik, termasuk piezoelektrik positif dan piezoelektrik terbalik. Piezoelektrik positif mengacu pada perpindahan relatif dari pusat muatan positif dan negatif di beberapa dielektrik di bawah aksi gaya eksternal mekanis, yang menyebabkan polarisasi, yang mengarah pada munculnya muatan terikat dengan tanda berlawanan pada permukaan dielektrik. Dalam kasus di mana gaya eksternal tidak terlalu besar, kerapatan muatannya sebanding dengan gaya eksternal, mengikuti rumus:
di mana δ adalah densitas muatan permukaan, d adalah konstanta regangan piezoelektrik, dan T adalah tegangan tarik. Sebaliknya, ketika medan listrik eksternal diterapkan pada dielektrik piezoelektrik, pusat muatan positif dan negatif di dalam dielektrik mengalami perpindahan relatif dan terpolarisasi, dan perpindahan tersebut menyebabkan dielektrik berubah bentuk. Efek ini disebut piezoelektrik terbalik. Ketika medan listrik tidak terlalu kuat, deformasi memiliki hubungan linier dengan medan listrik luar, mengikuti rumus:
dt adalah konstanta regangan piezoelektrik terbalik, yaitu matriks yang ditransposisikan dari d, E adalah medan listrik yang diterapkan, dan x adalah regangan. Kekuatan efek piezoelektrik mencerminkan tingkat kopling antara sifat elastis dan sifat dielektrik kristal, yang diwakili oleh koefisien kopling elektromekanis K, yang mengikuti rumus:
di mana u12 adalah energi piezoelektrik, u1 adalah energi elastis, dan u2 adalah energi dielektrik.
Mekanisme Fisik Properti Piezoelektrik:
Kedua ujung lembaran keramik piezoelektrik terpolarisasi akan memiliki muatan terikat, sehingga lapisan muatan bebas dari dunia luar teradsorpsi pada permukaan elektroda. Ketika tekanan eksternal F diterapkan pada lembaran keramik, pelepasan terjadi di kedua ujung lembaran. Sebaliknya jika ditarik akan terjadi fenomena charging. Fenomena di mana efek mekanis ini diubah menjadi efek listrik termasuk dalam efek piezoelektrik positif.
Selain itu, keramik piezoelektrik memiliki sifat polarisasi spontan, dan polarisasi spontan dapat diubah di bawah pengaruh medan listrik eksternal. Oleh karena itu, ketika medan listrik eksternal diterapkan pada dielektrik piezoelektrik, perubahan seperti yang ditunjukkan pada gambar akan terjadi, dan keramik piezoelektrik akan berubah bentuk. Namun, alasan mengapa keramik piezoelektrik berubah bentuk adalah karena ketika medan listrik eksternal yang sama dengan polarisasi spontan diterapkan, itu setara dengan peningkatan kekuatan polarisasi. Peningkatan kekuatan polarisasi membuat lembaran keramik piezoelektrik memanjang ke arah polarisasi. Sebaliknya, jika medan listrik terbalik diterapkan, lembaran keramik memendek sepanjang arah polarisasi. Fenomena ini, yang diubah menjadi efek mekanis karena efek listrik, adalah efek piezoelektrik terbalik.
Fitur lainnya:
Keramik piezoelektrik memiliki karakteristik sensitif dan dapat mengubah getaran mekanis yang sangat lemah menjadi sinyal listrik, yang dapat digunakan dalam sistem sonar, deteksi cuaca, perlindungan lingkungan telemetri, peralatan rumah tangga, dll. Sensitivitas keramik piezoelektrik terhadap gaya eksternal bahkan memungkinkan untuk merasakan gangguan udara yang disebabkan oleh serangga terbang yang mengepakkan sayapnya lebih dari sepuluh meter. Menggunakannya untuk membuat seismometer piezoelektrik dapat secara akurat mengukur intensitas gempa bumi dan menunjukkan azimuth dan jarak gempa bumi. Ini harus dikatakan sebagai prestasi besar keramik piezoelektrik.
Deformasi keramik piezoelektrik di bawah aksi medan listrik sangat kecil, paling banyak tidak lebih dari sepersepuluh juta ukurannya sendiri. Jangan remehkan perubahan kecil ini. Kontrol instrumen dan mesin presisi, teknologi mikroelektronika, bioteknologi, dan bidang lainnya merupakan keuntungan besar.
Perangkat kontrol frekuensi seperti resonator dan filter adalah komponen kunci yang menentukan kinerja peralatan komunikasi. Keramik piezoelektrik memiliki keunggulan yang jelas dalam hal ini. Ini memiliki stabilitas frekuensi yang baik, presisi tinggi, rentang frekuensi yang berlaku luas, ukuran kecil, tidak ada penyerapan air, dan umur panjang. Terutama pada peralatan komunikasi multi-saluran, dapat meningkatkan kinerja anti-interferensi, yang membuat peralatan elektromagnetik sebelumnya tidak dapat melihat ke belakang dan dihadapkan pada masalah kewalahan. Nasib alternatif.
