Piezoelektryki. Trochę historii. Piezoelektryczność. Zjawisko piroelektryczne. Zjawiska: Ferroelektryczne Piroelektryczne Piezoelektryczne - + -

Transkrypt

1 Ą Ś Trochę historii Piezoeletryczność Coulob ierwszy zasugerował wystęowanie iezoeletryczności Bracia Curie (Jacques i Pierre) w 1880r. zaroonowali nazwę iezoeletryczność dla zjawisa, tóre zaobserwowali (generowanie ładunu eletr. od wływe rzyłoŝonej siły) 1881 Liann zasugerował rawdoodobieństwo istnienia zj. odwrotnego Badania J. i P. Curie otwierdziły ta hiotezę Langevin badania nad uŝycie łyt warcowych do wyrywania obietów odwodnych 1920 Walter Cady atent: ryształ warcu uŝywany jao eleent w ontroli Zjawisa: erroeletryczne Piroeletryczne Piezoeletryczne PIRO ERRO PIEZO Zjawiso iroeletryczne Piroeletryi ryształy y tórych naturalne oóri ryitywne ają róŝny od zera oent diolowy, historycznie zauwaŝone doiero o uieszczeniu w ogniu [1756 fizy nieieci.u. einus] Piroeletryczność ujawnia się jao ziana wetora olaryzacji P0 z teeraturą Sontaniczna olaryzacja ryształu iroeletrycznego trwa bardzo róto. JednaŜe szybie T wywołują ziany P0 i są odowiedzialne za sontaniczną olaryzacje wyrywalne jao sygnał eletryczny Piezoeletryi Istnieją substancje o budowie jonowej, w tórych: arosoowa deforacja ryształu oŝe sowodować rzesunięcie względe siebie jonów dodatnich i ujenych, co objawia się jao rzeciwne naeletryzowanie dwóch rzeciwległych owierzchni ryształu; odwrotnie rzyłoŝenie do ryształu ola eletrycznego owoduje zianę geoetrycznych roziarów. Substancje taie nazyway iezoeletryai CISKNIE ROZCI GNIE

2 Piezoeletryczność Środe syetrii ryształu i jego bra W rzyadu ryształu iezoeletrycznego rzyłoŝenie siły wzdłuŝ osi biegunowej wytwarza ole eletryczne oiędzy dwoa rzeciwnyi ścianai Podobnie, rzyłoŝenie naięcia eletrycznego oiędzy rzeciwległyi ścianai owoduje deforację P0 P0 P0 P 0 Kształty naturalnie wystęujących ryształów substancji iezoeletrycznych Z KWRC: Pierwsze iezoeletryi Kryształ warcu X X Y Z SÓL Rochelle a (Seignette a) Z Y X Y Kryształ soli Rochelle Kryształ Li 2 SO 4

3 Ą Rodzina iezoeletryów MONOKRYSZTŁY: Kwarc SiO2 Turalin H8Na4l16B6Si12O63 Sól Rochelle NaKC 4 H 4 O 6 4H 2 O POLIKRYSZTŁY: BaTiO 3 (BT) PbTiO 3 (LT) Pb(Zr,Ti)O 3 (PZT) PbNb 2 O 6 (LMN) (Pb,Mg)NbO 3 (PMN) LiNbO 3 POLIMERY: strutura tyu erowsitu wyuszona iezoeletryczno Poli(fluore winylidenu) (PVD) oozyty ć ś Kwarc Uład trygonalny (hesagonalny) α warc β warc (T>573 o C) ora beta nie wyazuje efetu iezo Z oczątu stosowano jedynie warc naturalny, a sały o wystarczającej wielości srowadzano gł. z Brazylii II wojna światowa wyusiła onieczność oracowania etody hodowli ryształów warcu (et. ciśnieniowa) Odowiednie cięcie ryształów Masa 2,65g/c3 Kryształ warcu Efet iezoeletryczny lewosrętny SiO2 rawosrętny dq dt dσ dt KRYSZTŁ MIERNIK PR >0 DU

4 ą Ą Ź ę ą ą ą Ź Ź Efet iezoeletryczny Efet eletroechaniczny KRYSZTŁ KRYSZTŁ MIERNIK PR <0 DU Ładuni znosz si rzeł czni RÓDŁO MOCY Materiał w stanie soczynu Efet eletroechaniczny Efet eletroechaniczny KRYSZTŁ KRYSZTŁ Ładuni rozdzielone rzeł czni RÓDŁO MOCY (bateria) Ładuni rozdzielone rzeł czni RÓDŁO MOCY (bateria)

5 Wyorzystanie Efet iezoeletryczny a ' q σ ' ' Q q b Q U C C C " y y y a q σ Q" q" b S C du d C C ε 0 ε r d C V N ff C U n nq nc C Efet iezoeletryczny S n n nc C Cc C τ r G G erroeletryi (segnetoeletryi) erroeletryi to ateriały wyazujące sontaniczną olaryzację eletryczną ( osiadają sontaniczny, saoistny, oent diolowy eletryczny). W rysztale ty środe ujenego ładunu nie orywa się ze środie dodatniego io brau zewnętrznego ola eletrycznego Kryształy ferroeletryczne rzejawiają sontaniczne tworzenie dioli oniŝej Tc. Diole te rzełączają się rzy rzyłoŝeniu rzeciwnie sierowanego ola więszego od ola oercji Kryształy ferroeletryczne są zbudowane z doen obszarów. w tórych ryształy są solaryzowane w ty say ierunu (sąsiednie doeny w róŝnych) Polaryzacja nie jest tutaj roorcjonalna do ola eletrycznego, ale wyazuje histerezę Cztery gruy: Sól Seignette a (winian sodowootasowynakc4h4o6 4H2O) i inne sole izoorficzne; Kryształy z wiązanie wodorowy: n. ortofosforan jednootasowy KH2PO4; Kryształy jonowe o struturze erowsitu (CaTiO3, BaTiO3) lub ilenitu (etio3); Związi guanidyny Cd7Nb2O7

6 Perowsit CaTiO 3 Odrywca: Rose 1839 Nazwa: L.. von Perovsy Ślady znalezione na eteorytach! Twardość 5.50 Mohs Gęstość 4.01 g/c3 Piroeletry a ferroeletry: a bardzo T C (nie obserwuje się go w stanie araeletryczny) otrzebne jest b. silne ole eletryczne by zienić jego olaryzację zachowanie ujawnia się w T eletrody Tytanian baru BaTiO3 O 2 2 Ba Ti 4 BaTiO3 właściwości fizyocheiczne Jao rosze jest białoszary Rozuszczalny w wasach lecz nie w wodzie W czystej ostaci jest izolatore, lecz doieszowany etalai: sand, itr, neody, saar staje się często uŝywany ółrzewodniie Własności fizyczne: Gęstość: 6.02 g/c3 Te. tonienia 1650 st.c Moduł Younga 67 GPa

7 Tytanian baru BaTiO3 Q Secyfia oiarów w dynaicznych a 2b f 2 E ρ U Q q σ Q U C Zastosowania Poiar ciśnienia Badany ateriał Kryształ iezo Osłona sensora

8 Poiar rzysieszenia Poiar chroowatości ci Inne dziedziny zastosowania Inne dziedziny zastosowania

9 iezob 0 0 iezo V V Zasada działania ania głowicyg otwór SCHEMT GŁOWICY DRUKUJĄCEJ olaryzacja orywa iezob iezo Technologia MicroPiezo EPSON Kryształy iezo uieszczone w analiach tuszu głowic druujących. Po wygenerowaniu iulsu eletrycznego owstaje ciśnienie wystarczające do wychnięcia tuszu z analia. Przebieg rocesu oŝna ontrolować w bardzo recyzyjny sosób czas trwania iulsu eletrycznego jest bardzo róti Naięcie wewnątrz głowicy osiąga asyalny ozio w rzeciągu 5 iroseund od oentu wystąienia naięcia. Po tai say czasie owraca do oziou zerowego. W rezultacie odczas rac nad technologią rocesu druowania oraz onstrucją urządzeń istnieje oŝliwość oreślenia doładnych araetrów całego rocesu. Kryza dławiąca Kanał atraentu V V Punt barwny a ludziego włosa Literatura Bradshaw L. Understanding iezoelectric quartz crystals, R, 2000,5057 Yoshitea et al., OKI Technical Review, 64, 1998, 4144 Stade J. et al., Cryst. Res. Technol., 37, 2002, Patricia Watson, Drua 2000 and Beyond Technical Reort: The injet rinter, EDVT 4444, 2000 Phillis J. R., Piezoelectric technology rier, CTS Wireless Coonents Tutorial Piezoelectrics in Positioning htt:// htt:// htt:// htt:// htt:// htt://coosite.about.co/library/pr/1999/blio8.ht htt:// htt://