Пьезоэлектрические
материалы
Рихард М.
Мартин
Перевод
с немецкого: Ткаченко М. В.
Источник: http://www.patent-de.com/20041230/DE10326041A1.html
Общая
характеристика
В
последнее время большое распростронение получила пьезокерамика. Это так называемая керамика, которая
способна деформироваться под действием электрического поля. Одним из первых
приборов на основе пьезокерамики стал
пьезоэлектрический преобразователь, а вскоре появились кварцевые генераторы для
стабилизации частоты.
Пьезоэлектрический
эффект может возникнуть и в материалах, которые не проводят электрический ток
(диэлектриках). Наиболее изученным материалом с пьезоэлектрическими свойствами
является кварц. На примере кварца можно пояснить механизм пьезоэффекта.
Особенностью пьезоэффекта в кварце является то, что
он в соответствии с его симметрией не обладает пьезоэлектрическими свойствами в
направлении оси Z. Поэтому используют пьезоэлектрические срезы кварца
(кристаллографические направления {111}) Эти срезы используются для возбуждения
продольного и поперечного пьезоэффектов (рис.1).
Рисунок 1 - Поперечный (слева) и продольный (справа)
пьезоэлектрические эффекты
При сжатии вдоль продольного среза ионы кремния и
кислорода перемещаются в глубь ячейки кристалла, в
результате чего на плоскостях возникают заряды противоположного знака (Рис. 2).
Рисунок 2 - Направление
ионов кремния и кислорода при поляризации
Одно из самых ценных свойств кварца
- способность мало изменять и хорошо воспроизводить свои характеристики в
широком интервале температур. Стабильность характеристик кварца обеспечивает
его широкое применение, и в первую очередь в кварцевых генераторах (для
стабилизации частоты).
Являясь одним из активных
сенсорных веществ эти материалы чаще всего используются в
виде пьезоэлектрических пленок. Известно огромное количество веществ,
обладающих пьезоэлектрическими свойствами, в том числе сегнетоэлектрики, у
которых величина пьезоэффекта на порядок выше, чем в
кварце. Пьезоэлектрики используются для изготовления
различных электромеханических преобразователей.
Под действием механической нагрузки наблюдается не
только электрическая поляризация, но и изменение оптических свойст
материалов - пьезооптический эффект. На данном эффекте основан
поляризационно-оптический метод исследования механических напряжений.
Применение
пъезокерамики
Пьезокерамика
имеет довольно широкое применение. Пьезоэлектрический эффект этих материалов используется
в следующих системах: