پیزوالکتریک ها

مجموعه فراصوت تجهیز ایرانیان ، تامین کننده انواع پیزوالکتریک ها است و در ساخت ترنسدیوسرها از انواع مرغوب پیزوالکتریک ها و مواد مصرفی استفاده می‌کند.
مشاوره خرید
  • پیزوالکتریک چیست؟

اثر پيزوالکتريک (Piezoelectric Effect) در سال 1880 توسط پيرکوري کشف شد. او متوجه شد که چنانچه کرنش مکانيکي روي کريستال‌هاي خاص اعمال شود، آنها را به طور الکتريکي پلاريزه مي‌کند در حالي که درجه پلاريزاسيون (Polarization) متناسب با مقدار کرنش است. او همچنين دريافت که اگر اين مواد در ميدان الکتريکي قرار داده شوند، تغيير طول مي‌دهند.

  • جنس پیزوالکتریک ها

سلول اوليه PZT

  1. شبکه مکعبی (بالاي دمای کيوری)
  2. شبکه تتراهدرال (زير دمای کيوری)

يک گروه مهم از مواد، سراميک‌ها پيزوالکتريک نظیر PZT (Lead Zirconate Titanate) هستند. این‌ها، موادِ فروالکتريک پلي‌کريستال با ساختار کريستالي، دارای يک ساختار شش وجهي/لوزي شکل خيلي نزديک به ساختار مکعبی هستند. فرمول عمومی آنها به شکل A2+B1+O2-3 است که در آن A يک يون فلزی دو ظرفيتی بزرگ مثل مس يا باريوم، B يک يون فلزی چهارظرفيتی مثل تيتانيوم يا زيرکونيوم، O يون دوظرفيتی اکسيژن است.

موادی مثل PZT را می‌توان به شکل انبوهی از کريستال‌های ريز در نظر گرفت. در بالای دمايی که به عنوان دمای کيوری (Curie Point) نامگذاری می‌شود، اين کريستال‌ها ساختار مکعبی ساده دارند. اين ساختار تقارن مرکزی داشته و محل اثر برآيند بار‌های مثبت و منفی آن روي هم منطبق است. لذا هيچ دوقطبی (Dipole) در اين مواد وجود ندارد و گفته می‌شود که اين مواد خاصيت پارالکتريک (Paraelectric) دارند. اما در زير دمای کيوری يک تقارن تتراگونال می‌گيرند که محل اثر بار‌های مثبت و منفی در آن بر هم منطبق نيستند و درنتيجه هر سلول يک دو‌قطبی الکتريکی در داخل خود دارد، که می‌تواند معکوس شده و نيز با اعمال يک ميدان الکتريکی، به يک جهت مشخص درآيد. از آنجايی که اين خاصيت شباهت فيزيکی به رفتار مغناطيسی مواد فرومغناطيس دارد، به اين مواد فروالکتريک (Ferroelectric) گويند. پلاريزاسيون مواد فروالکتريک هم مثل مواد فرومغناطيس، تا حدودی رفتار هيسترزيس از خود نشان می‌دهد و مثل ضريب نفوذ‌پذيری مغناطيسی در مواد فرومغناطيس، ثابت‌های دی‌الکتريک مواد فروالکتريک خيلی زياد وابسته به دما است.

  • نواحی ويس (Weiss domain) و پولاریزاسیون پیزوالکتریک ها

 

دوقطبی‌ها به صورت تصادفی داخل مواد جهت‌گيری نکرده‌اند، بلکه دوقطبی‌های مجاور به وسيله هم جهت می‌يابند و ناحيه‌ای به نام ناحيه ويس (Weiss domain) تشکيل می‌دهند. در داخل اين ناحيه دوقطبی‌ها همه با هم، ‌هم‌جهت شده و يک پلاريزاسيون به آن ناحيه می‌دهند. جهت پلاريزاسيون نواحی ويس در يک کريستال، می‌توانند 90 يا 180 درجه نسبت به هم فرق داشته باشد و چون اين نواحی ويس به صورت پراکنده داخل کريستال توزيع شده‌اند، درکل هيچ پلاريزاسيون و اثر پيزوالکتريکي ديده نمی‌شود.

با قرار دادن سراميک در يک ميدان الکتريکي قوی در دما‌های کمی پايين‌تر از نقطه کيوری، اين سراميک دارای پلاريزاسيون در همان جهت ميدان می‌شود. بر اثر اين ميدان دو‌قطبی‌‌های نواحی ويس هم‌جهت با ميدان، در مقابل ساير جهت‌ها تعدادشان بيشتر می‌شود و طول ماده در جهت ميدان افزايش می‌يابد. هنگامی که ميدان برداشته شود، دو‌قطبی‌ها تقريبا در همان جهت قفل شده و باقی می‌مانند و به سراميک تغيير طول دائمي می‌دهند، يعني آن را ناهمسانگرد (Anisotropic) می‌کنند. عمليات پلاريته کردن معمولا آخرين عملياتی است که روي PZT ها صورت می‌گيرد.

موقعيت‌هاي ديپول الکتريکي در نواحي ويس
  1. قبل از پلاريزاسيون
  2. حين پلاريزاسيون
  3. پس از پلاريزاسيون
  • ثابت‌هاي پيزوالکتريک
محور‌ها و جهات قراردادي تغيير‌شکل در سراميک‌ها

    از آنجايي که سراميک‌هاي پيزوالکتريک، ناهمسانگرد هستند، ثابت‌هاي فيزيکی آنها کميت‌های تانسوری وابسته به جهت اعمال نيرو يا ميدان الکتريکی، و نيز جهات عمود بر اين جهت هستند. به همين دليل اين کميت‌ها با دو انديس که يکی مربوط به جهت کميت الاستيسيته (مثل تنش يا کرنش) و ديگری مربوط به خاصيت عبور الکتريکي (ميدان الکتريکی يا شارژ الکتريکی) می‌باشد، نمايانده می‌شوند. براي نشان دادن کميتي که ثابت نگه‌داشته مي‌شود، از يک انديس در بالا استفاده می‌گردد.

    مطابق شکل، جهت مثبت پلاريزاسيون، معمولا با جهت مثبت محور Z در مختصات دکارتی منطبق می‌گردد. چنانچه جهات x، y و z به ترتيب با اعداد 1، 2 و 3 و ممان‌های مربوط به اين محور‌ها با 4، 5 و 6 نمايش داده شوند، کميت‌هاي مختلف را می‌توان بر مبنای اين انديس‌ها مشخص کرد.

    • لیست پیزوالکتریک های موجود

    قطر خارجی (میلی متر)

    قطر داخلی (میلی متر)

    ضخامت (میلی متر)

    Piezoelectric PZT8 25x10x3

    25

    10

    3

    Piezoelectric PZT8 25x10x4

    25

    10

    4

    Piezoelectric PZT8 25x10x5

    25

    10

    5

    Piezoelectric PZT8 30x12x5

    30

    12

    5

    Piezoelectric PZT8 30x13x3

    30

    13

    3

    Piezoelectric PZT8 32x12x5

    32

    12

    5

    Piezoelectric PZT8 38x15x5

    38

    15

    5

    Piezoelectric PZT8 40x20x5

    40

    20

    5

    Piezoelectric PZT8 50x17x6.5

    50

    17

    6.5

    Piezoelectric PZT8 50x20x6

    50

    20

    6

    Piezoelectric PZT8 60x30x10

    60

    30

    10