Tele2 bo'yicha yordam, tariflar, savollar
Tarkib:
Piezoelektrik effekt
Pyezoelektriklar - monokristallar
Kvarts
Turmalin
Rochelle tuzi
Ammoniy dihidrogen fosfat
Kaliy tartrat
Lityum niobat
Polikristalli piezoelektriklar
Piezoelektrik teksturalar
Piezoelektrik keramika
Keramika piezoelementlarini ishlab chiqarish texnologiyasining xususiyatlari
Sanoat piezokeramika materiallari va piezoelektriklar - polimerlar
Bariy titanat asosidagi materiallar
Titanatning qattiq eritmalariga asoslangan materiallar - qo'rg'oshin zirkonat
Qo'rg'oshin metaniobat asosidagi materiallar

Pyezoelektriklar - polimerlar

Piezoelektrik effekt

1756 yilda rus akademigi F.Epinus turmalin kristalli qizdirilganda uning yuzlarida elektr zaryadlari paydo bo'lishini aniqladi. Keyinchalik bu hodisa piroelektrik effekt nomini oldi. F.Epinus harorat o'zgarganda kuzatiladigan elektr hodisalarining sababi kristallda mexanik kuchlanishlarning paydo bo'lishiga olib keladigan ikki sirtning notekis isishi deb taxmin qildi. Shu bilan birga, u kristallning ma'lum uchlarida qutblarning taqsimlanishidagi doimiylik uning tuzilishi va tarkibiga bog'liqligini ta'kidladi, shuning uchun F. Epinus pyezoelektrik effektni ochishga yaqinlashdi.

Kristallardagi pyezoelektrik effekt 1880 yilda aka-uka P. va J. Kyurilar tomonidan kashf etilgan bo?lib, ular mexanik kuchlanish ta'sirida ma'lum bir yo?nalishda kvarts kristalidan kesilgan plitalar yuzasida elektrostatik zaryadlar paydo bo?lishini kuzatgan. Bu zaryadlar mexanik kuchlanishga mutanosib bo'lib, u bilan belgini o'zgartiradi va u olib tashlanganda yo'qoladi.

To'g'ridan-to'g'ri bilan bir qatorda teskari piezoelektrik effekt mavjud bo'lib, u mexanik deformatsiyaning unga qo'llaniladigan elektr maydoni ta'sirida piezoelektrik kristaldan kesilgan plastinkada sodir bo'lishidan iborat; Bundan tashqari, mexanik deformatsiyaning kattaligi elektr maydon kuchiga mutanosibdir.

Teskari piezoelektrik effektni elektrostriksiya hodisasi bilan, ya'ni elektr maydoni ta'sirida dielektrikning deformatsiyasi bilan aralashmaslik kerak. Elektr torayishi bilan deformatsiya va maydon o'rtasida kvadratik bog'liqlik, pyezoelektrik effekt bilan esa chiziqli bog'liqlik mavjud. Bundan tashqari, elektrostriksiya har qanday tuzilishdagi dielektrikda sodir bo'ladi va hatto suyuqlik va gazlarda ham sodir bo'ladi, piezoelektrik effekt faqat qattiq dielektriklarda, asosan kristallilarda kuzatiladi.

Piezoelektrik kristalning elastik deformatsiyasi kristalning elementar hujayrasining musbat va manfiy zaryadlarining og'irlik markazlarining siljishi bilan kechadigan hollarda, ya'ni zarur bo'lgan individual dipol momentini keltirib chiqaradigan hollarda paydo bo'ladi. mexanik kuchlanish ta'sirida dielektrikning elektr polarizatsiyasining paydo bo'lishi uchun. Simmetriya markaziga ega bo'lgan tuzilmalarda hech qanday bir xil deformatsiya kristall panjaraning ichki muvozanatini buzolmaydi va shuning uchun simmetriya markaziga ega bo'lmagan kristallarning faqat 20 sinfi piezoelektrikdir. Simmetriya markazining yo'qligi pyezoelektrik effektning mavjudligi uchun zaruriy, ammo etarli shart emas va shuning uchun barcha asentrik kristallar bunga ega emas.

Piezoelektrik effektni qattiq amorf va kriptokristal dielektriklarda (deyarli izotropik) kuzatish mumkin emas, chunki bu ularning sferik simmetriyasiga ziddir. Istisno shundaki, ular tashqi kuchlar ta'sirida anizotropik bo'lib, shu bilan qisman monokristallarning xususiyatlarini oladi. Pyezoelektrik effekt ba'zi turdagi kristall to'qimalarda ham mumkin.

Hozirgacha pyezoelektrik effekt kristall panjaraning zamonaviy atom nazariyasi doirasida qoniqarli miqdoriy tavsifni topa olmadi. Hatto eng oddiy turdagi tuzilmalar uchun ham piezoelektrik doimiylarning tartibini taxminan hisoblash mumkin emas.

Hozirgi vaqtda kristallardagi deformatsiyalar va mexanik kuchlanishlarni elektr maydoni va qutblanish bilan bog'laydigan pyezoelektrik effektning fenomenologik nazariyasi ishlab chiqilgan. Kristalning piezoelektrik sifatida samaradorligini aniqlaydigan parametrlar tizimi o'rnatildi. Pyezoelektrik modul (piezomodulus) d ma'lum bir qo'llaniladigan mexanik stressda kristall polarizatsiyasini (yoki zaryad zichligini) aniqlaydi; piezoelektrik doimiy elektr maydoni ta'sirida siqilgan kristallda paydo bo'ladigan mexanik kuchlarni aniqlaydi; piezoelektrik doimiy g ma'lum mexanik kuchlanishdagi ochiq kontaktlarning zanglashiga olib keladigan elektr kuchlanishini tavsiflaydi; va nihoyat, pyezoelektrik doimiy h berilgan mexanik deformatsiya uchun ochiq kontaktlarning zanglashiga olib keladigan elektr kuchlanishini aniqlaydi. Bu konstantalar o'zaro bog'liq miqdorlar bo'lib, ular elastik konstantalar va kristallarning dielektrik o'tkazuvchanligini o'z ichiga olgan munosabatlar orqali bir-biri bilan bog'liq, shuning uchun ularning har qandayidan foydalanish mumkin. Eng ko'p ishlatiladigan piezoelektrik modul d. Piezoelektrik konstantalar tensorlardir va shuning uchun har bir kristal bir nechta mustaqil piezomodullarga ega bo'lishi mumkin.

Umuman olganda, bir xil mexanik kuchlanish Tr ta'sirida to'g'ridan-to'g'ri piezoelektrik effekt uchun tenglama quyidagicha yoziladi:

Bu erda Pi - qutblanish vektor komponenti; dir - piezomodul; Tr mexanik kuchlanish komponentidir.

Teskari piezoelektrik effekt tenglamasi quyidagicha yoziladi:

Bu erda Xi - elastik deformatsiya komponenti; Er elektr maydon kuchining komponentidir.

Har bir piezoelektrik elektromexanik transduserdir, shuning uchun uning muhim xarakteristikasi elektromexanik ulanish koeffitsienti r. Ushbu koeffitsientning kvadrati ma'lum turdagi deformatsiyalar uchun mexanik shaklda namoyon bo'ladigan energiyaning quvvat manbaidan kirishda olingan umumiy elektr energiyasiga nisbatini ifodalaydi.

Ko'p hollarda pyezoelektriklar elastiklik xususiyatlari tufayli muhim ahamiyatga ega bo'lib, ular elastik modullar C (Young moduli Eyu) yoki ularning teskari miqdorlari - elastik konstantalar S bilan tavsiflanadi.

Pyezoelektrik elementlarni rezonator sifatida ishlatganda, ba'zi hollarda chastota koeffitsienti kiritiladi, bu piezoelektr elementning rezonans chastotasi va tebranish turini aniqlaydigan geometrik o'lchamning mahsuloti hisoblanadi. Bu qiymat pyezoelektrik elementdagi elastik to'lqinlarning tarqalish yo'nalishi bo'yicha tovush tezligiga mutanosibdir.

Hozirgi vaqtda piezoelektrik faollikni ko'rsatgan ko'plab moddalar ma'lum (500 dan ortiq). Biroq, ulardan faqat bir nechtasi amaliy qo'llanilishini topadi.

Pyezoelektriklar - monokristallar

Kvarts. Kvars tabiatda keng tarqalgan mineral bo'lib, 573 Selsiydan past haroratda, olti burchakli tizimning trigonal-trapezoedral sinfida kristallanadi. U enantiomorf sinfga kiradi va tabiatda ikkita modifikatsiyada uchraydi: o'ng va chap.

Kvarsning kimyoviy tarkibi suvsiz kremniy dioksidi (SiO2) molekulyar og'irligi 60,06.

Kvarts eng qattiq minerallardan biri bo'lib, yuqori kimyoviy qarshilikka ega.

Tabiiy kvarts kristallarining tashqi shakllari juda xilma-xildir. Eng keng tarqalgan shakl olti burchakli prizma va rombedrlarning (piramidal yuzlar) birikmasidir. Prizma yuzlari kristall asosiga qarab kengayadi va sirtda gorizontal soyaga ega.

Pyezoelektrik qurilmalarda foydalanish uchun yaroqli kvarts tabiatda kristallar, ularning parchalari va yumaloq toshlar shaklida mavjud. Rangi rangsiz shaffof (tosh kristalli) dan qora (morion)gacha.

Odatda, tabiiy kvarts kristallari ularning qiymatini kamaytiradigan turli nuqsonlarni o'z ichiga oladi. Kamchiliklarga begona minerallar (rutil xlorit), yoriqlar, pufakchalar, sharpalar, ko'k ignalar, chiziqlar va egizaklar kiradi.

Hozirgi vaqtda tabiiylar bilan bir qatorda sintetik kvarts kristallari ham qo'llaniladi, ular avtoklavlarda yuqori haroratlarda va silikon dioksid bilan to'yingan ishqoriy eritmalardan bosimlarda o'stiriladi.

Kvarsning piezoelektrik xususiyatlari texnologiyada radiochastotalarni barqarorlashtirish va filtrlash, ultratovush tebranishlarini yaratish va mexanik miqdorlarni o'lchash (piezometrik) uchun keng qo'llaniladi.

Turmalin. Turmalin trigonal tizimning trigonal-piramidal sinfida kristallanadi. Kristallar bo'ylama lyukli prizmatik, cho'zilgan, ko'pincha igna shaklida.

Kimyoviy tarkibi bo'yicha turmalin magniy, temir yoki gidroksidi metallar (Na, Li, K) aralashmalari bilan murakkab alyuminiy borosilikatdir.

Rangi qoradan yashilgacha, shuningdek qizildan bittagacha, kamroq rangsiz. Ishqalanganda u elektrlanadi va kuchli piroelektrik ta'sirga ega.

Turmalin tabiatda keng tarqalgan, lekin ko'p hollarda kristallar yoriqlar bilan to'la. Piezoelektrik rezonatorlar uchun mos keladigan nuqsonsiz kristallar kam uchraydi.

Turmalinning asosiy afzalligi kvartsga nisbatan qisman koeffitsientning yuqori qiymati hisoblanadi. Shu tufayli, shuningdek, turmalinning katta mexanik kuchi tufayli, yuqori chastotalar uchun rezonatorlar ishlab chiqarish mumkin.

Hozirgi vaqtda turmalin piezoelektrik rezonatorlar ishlab chiqarish uchun deyarli qo'llanilmaydi va gidrostatik bosimni o'lchash uchun cheklangan.

Rochette tuzi. Roshel tuzi rombsimon tizimning rombotetraedral sinfida kristallanadi. Enantiomorf sinfga mansublik Rochelle tuzining o'ng va chap qo'l kristallari mavjudligining nazariy imkoniyatini belgilaydi. Biroq, vinochilik chiqindilaridan olingan Rochelle tuzining kristallari faqat o'ng tomonda.

Namlikdan himoya qilish uchun Rochelle tuzidan tayyorlangan piezoelementlar yupqa lak plyonkalari bilan qoplangan.

Rochelle tuzidan tayyorlangan piezoelektrik elementlar nisbatan tor harorat oralig'ida ishlaydigan uskunalarda, xususan, ovoz qabul qilish qurilmalarida keng qo'llanilgan. Biroq, hozirgi vaqtda ular deyarli butunlay keramik piezoelementlar bilan almashtirildi.

Ammoniy dihidrogen fosfat. Ammoniy dihidrogen fosfat tetragonal sistemada kristallanadi. Kristallar tetragonal piramida va prizmaning birikmasidan iborat.

Dihidrogen fosfat kristallari kristallangan suvni o'z ichiga olmaydi va suvsizlanmaydi. 93% nisbiy namlikda kristallar namlikni o'zlashtira boshlaydi va eriydi.

Ammoniy dihidrogen fosfat 190 daraja Selsiy haroratda eriydi, lekin 100 darajadan yuqori ammiak kristall yuzasidan bug'lana boshlaydi. Bu ish haroratining yuqori chegarasini cheklaydi.

Hozirgi vaqtda piezoelektrik keramikaning keng rivojlanishi tufayli ammoniy dihidrogen fosfatdan foydalanish cheklangan.

Kaliy tartrat. Kaliy tartrat (belgi VK) monokristalli tizimda kristallanadi.

VC dan tayyorlangan rezonatorlar yuqori sifat omillari va elektromexanik ulanish koeffitsientlariga ega. Ular uzoq masofali filtrlarda kvartsni almashtirishi mumkin.

Lityum niobat. Litiy niobat sintetik kristall bo'lib, rombedral tizimning ditrigonal-piramidal sinfida kristallanadi.

Litiy niobat suvda erimaydi, yuqori haroratda parchalanmaydi va yuqori mexanik kuchga ega. Elektr xususiyatlariga ko'ra, u Kyuri harorati taxminan 1200 daraja Selsiy bo'lgan ferroelektrikdir.

Yuqori piezoelektrik va mexanik xususiyatlar, shu jumladan yuqori sifat omili tufayli lityum niobat turli maqsadlar uchun konvertorlar ishlab chiqarish uchun istiqbolli materialdir. Litiy niobatning yupqa (taxminan bir mikrometr qalinlikdagi) plyonkalari katodni vakuumda purkash orqali olingan, mikroto'lqinli diapazonda ultratovushli tebranishlarning emitentlari va qabul qiluvchilari sifatida ishlatilishi mumkin bo'lgan yo'naltirilgan polikristalli teksturalardir.

Polikristalli piezoelektriklar.

Piezoelektrik teksturalar. Kosmosda ma'lum bir tarzda yo'naltirilgan va simmetriya markazi bo'lmagan pyezoelektrik kristallar to'plami bo'lgan teksturalar pyezoelektrik ta'sirga ega bo'lishi mumkin. Rochelle tuzining teksturalarida piezoelektrik effekt A.V. Shuningdek, u shunga o'xshash muhitda piezoelektrik effektning asosiy tamoyillarini o'rnatdi. Cho'tka yordamida substratga eritilgan Rochelle tuzini qo'llash orqali olingan Rochelle tuzining piezo teksturalarida Rochelle tuzining bitta piezomodulu d14 mavjud.

Hozirgi vaqtda bunday to'qimalar amaliy ahamiyatga ega emas. Polarizatsiyalangan piezoelektrik keramika asosidagi eng yuqori qiymatli imebt teksturasi.

Piezoelektrik keramika. Bunday materiallarning ferroelektrik xususiyatlari piezoelektrik ta'sir qilish imkoniyatini aniqlaydi. Doimiy elektr maydoni ta'sirida ba'zi domenlar qo'llaniladigan maydon yo'nalishi bo'yicha yo'naltirilgan. Tashqi maydon olib tashlangandan so'ng, domenlarning qutblanish yo'nalishlarining parallel yo'nalishi natijasida paydo bo'ladigan ichki maydon tufayli domenlarning ko'pchiligi o'zlarining yangi pozitsiyalarida saqlanadi. Buning yordamida keramika piezoelektrik ta'sirga ega bo'lgan qutbli to'qimalarga aylanadi.

Piezoelementlarni ishlab chiqarish uchun seramika texnologiyasi ularning shakli va o'lchamiga asosiy cheklovlar qo'ymaydi. Ushbu holatlar, shuningdek, piezoelektrik xususiyatlarning yuqori qiymatlari texnologiyada, ayniqsa ultratovushli tebranishlarni chiqaradigan va qabul qiluvchi qurilmalarda keramik pyezoelementlarning keng qo'llanilishiga olib keldi.

Keramika piezoelementlarini ishlab chiqarish texnologiyasining xususiyatlari. Pyezokeramik mahsulotlarni ishlab chiqarish jarayonining o'ziga xos xususiyati ularning kuchli doimiy elektr maydoni bilan polarizatsiyasi bo'lib, u odatda keramika texnologiyasi usullaridan biri bilan olingan sinterlangan ish qismiga elektrodlarni qo'llashdan keyin qo'llaniladi.

Sanoat piezoseramik materiallar va piezoseramik polimerlar.

Turli xil xususiyatlarga ega bo'lgan materiallar brendlarga (tarkibi va xususiyatlari bo'yicha) va funktsional guruhlarga (maqsadiga ko'ra) bo'linadi.

1-funktsional guruhning materiallari mexanik tebranishlarni qabul qilish yoki chiqarish rejimida ishlaydigan yuqori sezgir piezoelektrik elementlarni ishlab chiqarish uchun ishlatiladi. 2-funktsional guruhning materiallari kuchli elektr maydonlari yoki yuqori mexanik kuchlanish sharoitida ishlaydigan piezoelektrik elementlar uchun mo'ljallangan. 3-funktsional guruh materiallari harorat va vaqtga qarab rezonans chastotalarining barqarorligi yuqori bo'lgan pyezoelementlarni ishlab chiqarish uchun ishlatiladi va 4-funktsional guruh materiallari yuqori haroratli piezoelementlar uchun ishlatiladi.

Keling, har xil turdagi piezokeramiklarning xususiyatlarini ko'rib chiqaylik.

Bariy titanatga asoslangan materiallar. Bariy titanat ferroelektrikdir. Bariy titanatning piezokeramikasi (TB-1) konvertorlar ishlab chiqarish uchun keng qo'llaniladi, ular harorat va xususiyatlarning barqarorligi uchun qat'iy talablarga bo'ysunmaydi. Yonish vaqtida bariy titanat formulasida uchuvchi komponentlarning yo'qligi va piezoelektrik elementlarni ishlab chiqarish texnologiyasining soddaligi ushbu materialni texnologiyada hali ham keng tarqalgan.

Titanatning qattiq eritmalariga asoslangan materiallar - qo'rg'oshin zirkonat. Qo'rg'oshin titanatining qattiq eritmalari juda yuqori piezoelektrik xususiyatlarga ega. Ushbu qattiq echimlar asosida PZT (chet elda PZT) deb nomlangan bir qator texnologik piezokeramik materiallar ishlab chiqildi.

PZT kabi materiallardan mahsulotlarni ishlab chiqarish texnologiyasi ular tarkibida yuqori haroratli kuyish paytida qisman uchuvchi qo'rg'oshin oksidi mavjudligi bilan murakkablashadi, bu esa xususiyatlarning yomon takrorlanishiga olib keladi. Shuning uchun, piezoelektr element blankalarini yoqish qo'rg'oshin oksidi bug'lari atmosferasida amalga oshiriladi, buning uchun blankalar qo'rg'oshin oksidi birikmalarining to'ldirilishi bo'lgan mahkam yopiq kapsulalarga joylashtiriladi. Biroq, ushbu turdagi materiallarning yuqori xarakteristikalari ularni turli maqsadlar uchun piezoelektrik transduserlarni ishlab chiqarish uchun juda keng tarqalgan: elektroakustik qurilmalar, ultratovush texnologiyasi, piezometriya, shuningdek, radio filtrlarining ayrim turlari uchun.

Qo'rg'oshin metaniobatiga asoslangan materiallar. Qo'rg'oshin va bariy metaniobatlarning qattiq eritmalari yuqori Kyuri nuqtasiga ega. Ularga asoslangan materiallar piezoelektrik modullar va rezonans chastotalarining keng harorat oralig'ida barqarordir. Ulardan mahsulot ishlab chiqarish texnologiyasi PZT markali materiallarga qaraganda sodda, chunki niobatli keramika tarkibiga kiradigan qo'rg'oshin oksidi kuyish paytida deyarli uchuvchan emas.

Piezoelektriklar polimerlardir. Elektr maydonida qutblangan mexanik yo'naltirilgan plyonkalar ko'rinishidagi ba'zi polimer materiallari qutbli to'qimalarga ega bo'lib, ularda piezoelektrik effekt kuzatiladi. Ular orasida poliviniliden ftorid (PVDF) amaliy qiziqish uyg'otadi. Ushbu polimerdan plyonkalar 300...400% ga tortilganda, ular kuchli elektr maydonida qutblanishdan so'ng, piezoelektrik effektga ega bo'lgan maxsus konformatsiya hosil qilish uchun yo'naltiriladi.

Foydalanilgan adabiyotlar:

Elektr materiallari bo'yicha qo'llanma 3-jild

Reja

Kirish

1. Pyezoelektrik effektning tavsifi

a) Effektning kristall tuzilishi

b) Modelni ko'rib chiqish

2. Kristal deformatsiyalari

3. Teskari piezoelektrik effekt

4. Teskari pyezoelektrik effektning fizik mexanizmi

5. Pyezoelektrik kristallarning xossalari

6. Effektni qo'llash

Xulosa

Adabiyot

Kirish

Mening kurs ishimning mavzusi - "Piezoelektrik". Men bu mavzuni tanladim, chunki piezoelektrik qiziqarli hodisa. Hozirgacha biz tashqi elektr maydoni ta'sirida dielektriklarning qutblanishini ko'rib chiqdik. Ba'zi kristallarda, agar kristal mexanik deformatsiyaga uchrasa, tashqi maydonsiz qutblanish sodir bo'lishi mumkin. 1880 yilda Per va Jak Kyuri tomonidan kashf etilgan bu hodisa "pyezoelektrik effekt" deb nomlangan. Hozirgi vaqtda piezoelektrik inson faoliyatining turli turlarida o'z qo'llanilishini topdi. Men ushbu hodisaning tabiati va uni qo'llash haqida ko'proq bilishga harakat qildim. Ushbu mavzuni tanlashning yana bir sababi shundaki, bu effekt mikrofonlar, telefonlar, gidrofonlar kabi ko'plab qurilmalarda qo'llaniladi.

Ushbu mavzuni o'rganish uchun men quyidagi adabiyotlardan foydalandim: S.G. Kalashnikov "Elektr", D.V. Sivuxin "Umumiy fizika kursi: Elektr 3-jild",

1. Pyezoelektrik effektning tavsifi

Ko'pgina kristallarda, ma'lum yo'nalishlarda cho'zilgan va siqilganida, elektr polarizatsiyasi sodir bo'ladi. Natijada, ularning sirtlarida ikkala belgining elektr zaryadlari paydo bo'ladi. Ushbu hodisa to'g'ridan-to'g'ri piezoelektrik effekt deb ataladi. Keyin turmalin, sink aralashmasi, natriy xlorat, tartarik kislota, qamish shakar, Rochelle tuzi, bariy titanat va boshqa ko'plab moddalar kristallarida kuzatilgan. Faqat ion kristallari piezoelektrik xususiyatlarga ega bo'lishi mumkin. Agar bunday kristallar tuzilgan musbat va manfiy ionlarning kristall panjaralari tashqi kuchlar ta'sirida turlicha deformatsiyalansa, kristall yuzasida qarama-qarshi joylarda turli belgili elektr zaryadlari paydo bo?ladi. Bu piezoelektrik effekt. Bir xil deformatsiya bilan kristallda bir yoki bir nechta qutb o'qlari (yo'nalishlari) mavjud bo'lganda piezoelektrik effekt kuzatiladi. Kristalning qutb o‘qi (yo‘nalishi) deganda kristall orqali o‘tkaziladigan har qanday to‘g‘ri chiziq tushuniladi, uning ikkala uchi ham teng bo‘lmagan, ya’ni bir-birini almashtirib bo‘lmaydi. Boshqacha qilib aytganda, kristall qutbga perpendikulyar bo'lgan har qanday o'q atrofida 180 ° aylantirilsa, u o'zi bilan mos kelmaydi. Umuman olganda, bir xil deformatsiyada piezoelektrik effekt mavjud bo'lishi uchun kristalning simmetriya markazi bo'lmasligi kerak. Haqiqatan ham, agar deformatsiyalanmagan kristall simmetriya markaziga ega bo'lsa, ikkinchisi kristalning bir xil deformatsiyasi bilan ham saqlanib qoladi. Boshqa tomondan, elektr qutblangan kristallda maxsus yo'nalish, ya'ni polarizatsiya vektorining yo'nalishi mavjud. Agar mavjud bo'lsa, kristall simmetriya markaziga ega bo'lolmaydi. Olingan qarama-qarshilik bizning fikrimizni tasdiqlaydi. 32 ta kristall sinfidan 21 ta sinf simmetriya markaziga ega emas. Biroq, ulardan birida boshqa simmetriya elementlarining kombinatsiyasi piezoelektrik effektni ham imkonsiz qiladi. Shunday qilib, piezoelektrik xususiyatlar 20 ta kristall sinfida kuzatiladi.

A)Kristal tuzilish effekti

Pyezoelektrik effektni kvarts kristalli misolida ko'rib chiqaylik - eng muhim pyezoelektrik kristall, o'zining ajoyib mexanik va elektr xususiyatlari tufayli keng ilmiy va texnik ilovalarni topdi. Oddiy harorat va bosimlarda kvarts deb ataladigan joyda paydo bo'ladi

- modifikatsiyalar. Kvars kristalli (1-rasm) trigonal tizimga tegishli va shaklda ko'rsatilgan ikkinchi tartibli uchta simmetriya o'qiga ega. 1 orqali , , .

Ular kristallning qutb o'qlari. Ularning har biri olti burchakli prizmaning qarama-qarshi, lekin teng bo'lmagan qirralarini bog'laydi. Bu qirralarning nomutanosibligi shundan dalolat beradiki, ulardan birining chekkalari rasmda a va b harflari bilan ko'rsatilgan kichik qirralarga tutashgan, boshqa chekkaning chekkalarida esa bunday qirralar yo'q. To'rtinchi o'q

uchinchi tartibli simmetriya o'qidir. Bu optik o'q deb ataladi, chunki kristallni bu o'q atrofida istalgan burchakda aylantirish yorug'likning kristalldagi tarqalishiga hech qanday ta'sir ko'rsatmaydi.

Kvars kristaliga mexanik ta'sirlar qo'llanilganda, qutb o'qining uchlarida (aniqrog'i, unga perpendikulyar yuzlarda) qarama-qarshi elektr zaryadlari paydo bo'ladi. Qo'llaniladigan tashqi kuchlar ko'rib chiqilayotgan qutb o'qi yo'nalishi bo'yicha harakat qilishi shart emas. Faqatgina tashqi kuchlarning ta'siri natijasida bu o'q bo'ylab kuchlanish yoki siqilish sodir bo'lishi kerak.

200 ° C gacha bo'lgan haroratlarda kvartsning piezoelektrik xususiyatlari amalda haroratga bog'liq emas. Haroratning yanada oshishi bilan piezoelektrik effekt asta-sekin kamayadi. 576 ° C da

-kvars fazali transformatsiyadan o'tadi va -modifikatsiyaga o'tadi. Kvarts kristallari olti burchakli tizimga tegishli, shuning uchun ularda yuqorida aytilganlarga muvofiq piezoelektrik hodisalar kuzatilmaydi. Haroratning teskari pasayishi bilan kvartsning asl tuzilishi tiklanadi va bu tiklanish asl haroratdan (gisterezis) bir oz pastroq haroratda sodir bo'ladi. Quyida biz kvarts haqida gapiramiz.

b)Modelni ko'rib chiqish

Pyezoelektrik effektning paydo bo'lishini taklif qilingan modelni ko'rib chiqishdan foydalanib tushunish oson Meysner. Kvarsning kimyoviy formulasi

. Uning kristall panjarasi musbat kremniy ionlari va manfiy kislorod ionlaridan iborat. Har bir kremniy ioni to'rtta, kislorod ioni esa ikkita elementar zaryadga ega. Birinchi taxminga ko'ra, silikon va kislorod ionlari olti burchakli hujayralarda joylashganligini tasavvur qilish mumkin, ulardan biri rasmda ko'rsatilgan. 2, kristalni optik o'q bo'ylab (chizilgan tekislikka perpendikulyar) ko'rib chiqishda. Silikon ionlari katta sharlar 1,2,3, kislorod ionlari - kichiklar sifatida tasvirlangan. Bu va boshqa ionlar spiral shaklida joylashgan bo'lib, ularning aylanish yo'nalishi qaysi kvarts olinishiga qarab belgilanadi: chap yoki o'ng qo'l (1 va 2-rasm chap qo'l kvartsga tegishli). Silikon ioni 3 ion 2 dan biroz chuqurroq, ion 2 esa 1 dan chuqurroqdir. Kislorod ionlarining joylashuvi qo'shimcha tushuntirishni talab qilmaydi. Umuman olganda, hujayra elektr neytral va elektr dipol momentiga ega emas.

Fikrimizni soddalashtirish uchun keling, qo'shni kislorod ionlarining har bir juftini ikkita zaryadli bitta manfiy ion bilan almashtiraylik. Biz rasmda ko'rsatilgan soddalashtirilgan hujayra modeliga kelamiz. 3a). Agar bunday hujayra qutb o'qi bo'ylab siqilishga duchor bo'lsa

(3b-rasm)), keyin kremniy ioni 3 va kislorod ioni 4 ularni o'rab turgan yon ionlar orasiga kirib boradi. Natijada plastinkaning A tekisligida manfiy zaryadlar, B tekisligida esa musbat zaryadlar paydo bo'ladi (bo'ylama piezoelektrik effekt). Yanal yo'nalishda siqilganida, ya'ni. qutb va optik o'qlarga perpendikulyar (3c-rasm)), kremniy ionlari 1 va 2 hujayra ichiga bir xil, ammo qarama-qarshi yo'naltirilgan siljishlarni oladi. Kislorod ionlari 5 va 6 xuddi shunday harakat qiladi.

Bunda hujayraning C va D tekisliklar orasidagi o'rtadan o'tuvchi tekislikka nisbatan simmetriyasi saqlanib qoladi va bu tekisliklarda hech qanday zaryad paydo bo'lmaydi. Biroq, silikon ioni 3 va kislorod ioni 4 tashqariga siljiydi. Shu sababli, qutb o'qining ijobiy tomoniga yo'naltirilgan dipol moment paydo bo'ladi

. A tekislikda musbat zaryad, B tekislikda manfiy zaryad paydo bo'ladi (ko'ndalang piezoelektrik effekt). Shunday qilib, uzunlamas?na va ko'ndalang ta'sirlardagi zaryadlarning belgilari qarama-qarshidir. Ko'rib chiqilayotgan modeldan, shuningdek, siqishni kuchlanish bilan almashtirish pyezoelektrik effekt paytida elektr zaryadlari belgilarining o'zgarishiga olib kelishi va qutblanish kristalning deformatsiyasiga mutanosib bo'lishi (deformatsiyalar kichik bo'lganda) aniq bo'ladi. Va qonunga ko'ra deformatsiya va kuch o'rtasida Hooke(1635-1703) to'g'ridan-to'g'ri proportsionallik mavjud, keyin piezoelektrik effekt paytida kristalning qutblanishi ham qo'llaniladigan kuchga mutanosib bo'lishi kerak. Nihoyat, modeldan ko'rinib turibdiki, kristalning optik o'q yo'nalishi bo'yicha siqilishi yoki cho'zilishi hech qanday piezoelektrik effektlar bilan birga kelmaydi. Bu xulosalarning barchasi tajriba bilan tasdiqlangan.

Pyezoelektrik effekt (pyezoelektrik effekt) ma'lum bir simmetriyaga ega bo'lgan ba'zi moddalar kristallarida kuzatiladi. Tabiatda eng keng tarqalgan pyezoelektrik minerallarga kvarts, turmalin, sfalerit va nefelin kiradi. Tartibli tuzilishga ega bo'lgan ba'zi polikristalli dielektriklar (keramika materiallari va polimerlar) piezoelektrik ta'sirga ega. Piezoelektrik ta'sirga ega bo'lgan dielektriklar deyiladipiezoelektriklar.

Guruch. 1

Pyezoelektrik kristall ustida ma'lum yo'nalishlarda ta'sir qiluvchi tashqi mexanik kuchlar nafaqat unda mexanik deformatsiyani (har qanday qattiq jismda bo'lgani kabi), balki elektr qutblanishini ham, ya'ni uning sirtlarida turli belgilardagi elektr zaryadlarining paydo bo'lishiga olib keladi (1a-rasm). F- harakat qiluvchi kuchlar, P - elektr polarizatsiya vektori). Mexanik kuchlar teskari yo'nalishda bo'lsa, zaryadlarning belgilari o'zgaradi(1b-rasm). Bu hodisa deyiladito'g'ridan-to'g'ri piezoelektrik effekt(2a-rasm).

Guruch. 2

Lekin piezoelektrik effekt qaytariladi. Pyezoelektrik elektr maydoniga tegishli yo'nalishda ta'sir qilganda, unda mexanik deformatsiyalar sodir bo'ladi (1c-rasm).Elektr maydonining yo'nalishi o'zgarganda, deformatsiyalar mos ravishda o'zgaradi(1-rasm d). Bu hodisa deyiladiteskari piezoelektrik effekt(2b-rasm) .

Pyezoelektriklar - polimerlarquyidagicha izohlanadi. Kristal panjarada musbat va manfiy ionlar markazlarining mos kelmasligi tufayli hajmli elektr zaryadi mavjud. Tashqi elektr maydoni bo'lmasa, bu polarizatsiya paydo bo'lmaydi, chunki u sirtdagi zaryadlar bilan qoplanadi. Kristal deformatsiyalanganda panjaraning musbat va manfiy ionlari bir-biriga nisbatan siljiydi va shunga mos ravishda kristallning elektr momenti o'zgaradi, bu esa sirtda potensiallar paydo bo'lishiga olib keladi. Aynan shu elektr momentidagi o'zgarish piezoelektrik effektda namoyon bo'ladi. Pyezoelektrik effekt nafaqat mexanik yoki elektr ta'sirning kattaligiga, balki kristallning kristallografik o'qlariga nisbatan kuchlarning tabiati va yo'nalishiga ham bog'liq.

Piezoelektrik ta'sir natijasida paydo bo'lgan piezoelektrikning deformatsiyalari mutlaq qiymatda ahamiyatsiz. Misol uchun, 1 mm qalinlikdagi kvarts plitasi 100 V kuchlanish ta'sirida qalinligini faqat 0,23 mikronga o'zgartiradi. Pyezoelektriklarning deformatsiyasining ahamiyatsizligi ularning juda yuqori qattiqligi bilan izohlanadi.

To'g'ridan-to'g'ri va teskari piezoelektrik ta'sirlar chiziqli bo'lib, elektr polarizatsiyasi P ni mexanik kuchlanish g bilan bog'laydigan chiziqli bog'liqliklar bilan tavsiflanadi:

R=ag (1).

Bu bog'liqlik to'g'ridan-to'g'ri piezoelektrik effekt tenglamasi deb ataladi. Proportsionallik koeffitsienti a pyezoelektrik modul (pyezoelektrik modul) deb ataladi. Bu piezoelektrik effektning o'lchovi bo'lib xizmat qiladi. Teskari piezoelektrik effekt qaramlik bilan tavsiflanadi

r=aE (2),

bu erda r - deformatsiya;

E - elektr maydon kuchi.

Guruch. 3

To'g'ridan-to'g'ri va teskari ta'sirlar uchun a pyezoelektrik moduli bir xil qiymatga ega. Piezoelektrik emitentlar mexanik kontaktlarga ega emas va metall diskga o'rnatilgan keramik elementdan iborat (3-rasm).Diskning tebranishi unga qo'llaniladigan kuchlanish tufayli yuzaga keladi. Muayyan chastotaning o'zgaruvchan kuchlanishi tovush signalini yaratadi. Piezoelektrik emitentlar strukturaviy elementlarning mexanik a??nmas?na tobe emas, kam energiya iste'moli va elektr shovqini yo'q. Pyezokeramika yordamida sezilarli tovush hajmini olish mumkin. Pyezokeramik transduserlarning ba'zi namunalari 1 m dan 130 dB gacha bo'lgan masofada tovush bosimini rivojlanishi mumkin (og'riq chegarasi darajasi)

Guruch. 4

Piezoelektrik emitentlar ikkita modifikatsiyada mavjud:

- "sof" konvertorlar (boshqaruv sxemasisiz) - piezo qo'ng'iroqlari;
- boshqaruv sxemasi bo'lgan emitentlar (o'rnatilgan generator bilan) - sirenalar.

Birinchi turdagi konvertorlar tovushlarni yaratishi uchun ishlab chiqarilgan boshqaruv signallari talab qilinadi (ma'lum bir konvertor modeli uchun ko'rsatilgan ma'lum chastotali sinus to'lqin yoki kvadrat to'lqin). O'rnatilgan generatorga ega emitentlar faqat ma'lum bir kuchlanish darajasini talab qiladi. Bunday qurilmalar 1 dan 250 V gacha (DC va AC) nominal kuchlanish uchun mavjud.

Masalan, pyezokeramik qo'ng'iroq (piezo buzzer) ZP-1 (4-rasm)ikkita piezoelektrik blokdan iborat bo'lib, ularning har birining membranasi tashqi diametri 32 mm bo'lgan sayoz plastinka shaklida qilingan. Plitalar bir-biriga qarama-qarshi buklangan va tashqi chegara bo'ylab lehimlangan. Qo'ng'iroqdagi piezoelementlar shunday bog'langanki, o'zgaruvchan kuchlanish qo'llanilganda, plitalarning sirtlari yaqinlashadi yoki ajralib chiqadi, ya'ni. qo'ng'iroqning ikkala tomonida siqilish va siyraklanish zonalari hosil bo'ladi. Qo'ng'iroqning rezonans chastotasi 2 kHz.

Guruch. 5

10 V rezonans chastotasida kuchlanishda 1 m masofada 75 dB tovush bosimini hosil qiladi. Bu qo'ng'iroq tovush to'lqinlarini ikkala yarim bo'shliqqa teng ravishda chiqaradi. 1-jadvaldaboshqa piezo emitentlarning parametrlari berilgan, ularning ko'rinishi 5-rasmda ko'rsatilgan. 6-rasmda piezoelementlarning amplituda-chastotali xarakteristikalari keltirilgan: PVA-1- Fig.6a va ZP-5 - Fig.6b.

1-jadval Piezo-emitterlarning xarakteristikalari

Turi	Ovoz bosim, JB	Ishlash Kuchlanishi,	Rezonans chastota, kHz	Olchamlari, mm
				Diametri	Balandligi
ZP-1			1...3
ZP-3			4,1 ±0,05	42,7
ZP-4			4,1±0,05
ZP-5			1...3
ZP-6			4,1±0,05
ZP-18			4,1 ±0,05
ZP-19
ZP-22*			1 ...3,5
ZP-25			4,1 ±0,05
ZP-31
PVA-1
PPA-1

Eslatma: * - o'z-o'zidan tebranish rejimida ishlash uchun mo'ljallangan.

Guruch. 6, pyezoelementlarning amplituda-chastota xarakteristikalari

A. Qashqarov

Qattiq dielektriklarning xossalarini o'rganish shuni ko'rsatdiki, ularning ba'zilari nafaqat elektr maydoni yordamida, balki ularga mexanik ta'sirlar ostida deformatsiyalar paytida ham qutblanadi.

Mexanik ta'sir ostida dielektrikning qutblanishi to'g'ridan-to'g'ri piezoelektrik effekt deb ataladi. Bu ta'sir kvarts kristallari va barcha segmentoelektriklarga xosdir. Uni kuzatish uchun kristalldan to'rtburchaklar parallelepiped kesiladi, uning qirralari kristallga nisbatan qat'iy belgilangan tarzda yo'naltirilishi kerak. Parallelepiped siqilganda uning yuzlaridan biri musbat, ikkinchisi esa manfiy zaryadlanadi. Ma'lum bo'lishicha, bu holda yuzning qutblanish zaryadining zichligi bosimga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir va parallelepipedning o'lchamiga bog'liq emas. Agar siqilish parallelepipedni cho'zish bilan almashtirilsa, u holda uning yuzlaridagi zaryadlar o'z belgilarini teskari tomonga o'zgartiradi.

Qarama-qarshi hodisa pyezokristallarda ham kuzatiladi. Agar piezokristaldan kesilgan plastinka metall plitalarni zaryadlovchi elektr maydoniga qo'yilsa, u polarizatsiyalanadi va deformatsiyalanadi, masalan, siqiladi. Tashqi elektr maydonining yo'nalishi o'zgarganda, plastinkaning siqilishi uning cho'zilishi (kengayishi) bilan almashtiriladi. Bu hodisa teskari piezoelektrik effekt deb ataladi.

Guruch. 31. Pyezoelektrik transduser

Zaryad yoki kuchlanishning o'zgarishini sezish uchun piezoelektrik materialga ikkita metall plastinka ulanadi, ular aslida kondansat?r plitalarini hosil qiladi, ularning sig'imi nisbati bilan belgilanadi.

bu erda Q - zaryad,

V - kuchlanish.

Shaklda. 31-rasmda piezoelektrik o'zgartirgichning qurilmasi ko'rsatilgan.

Amalda piezoelektrik materiallar sifatida kvarts kristallari, roxeliy tuzi, sintetik kristallar (litiy sulfat) va polarizatsiyalangan keramika (bariy titan) ishlatiladi.

Kvarts plitalari piezoelektrik mikrofonlar, xavfsizlik sensorlari va doimiy to'lqinli generatorlarning stabilizatorlarida keng qo'llaniladi.

Shaklda. 32-rasmda piezoelektrik mikrofon qurilmasi ko'rsatilgan

Ovoz bosimi diafragmani og'dirganda, uning harakati piezoelektrik plastinkaning deformatsiyasiga olib keladi, bu esa o'z navbatida chiqish kontaktlarida elektr signalini hosil qiladi.

Optik konvertorlar

Optik konvertorlarga yorug'lik energiyasini elektr energiyasiga va aksincha aylantiruvchi qurilmalar kiradi. Ushbu turdagi eng oddiy qurilma LED bo'lib, oqim oldinga yo'nalishda p-n birikmasidan o'tganda yorug'lik chiqaradi. LEDga teskari qurilma fotodiod deb ataladi. Fotodiod optik nurlanishni qabul qiluvchi bo'lib, uni elektr signallariga aylantiradi. Bundan tashqari, yorug'likni elektr energiyasiga aylantiruvchi fotodiod ham elektr energiyasi - quyosh nuri sifatida ishlaydi.

Keyinchalik murakkab optik konvertorlar elektro-optik konvertorlar (EOC) va turli dizayndagi televizion trubkalardir.

Optik tizimlarda axborot s?z?nt?s?n?n texnik kanallari nuqtai nazaridan akusto-optik effekt xavflidir. Akusto-optik effekt - tovush tebranishlari ta'sirida shisha aks ettiruvchi yuzalar yoki optik tolali kabellarning elastik deformatsiyalari natijasida yuzaga keladigan yorug'likning sinishi, aks etishi yoki tarqalishi hodisasi.

Optik tolali kabelning asosiy elementi nozik silindrsimon shisha tolasi shaklidagi yorug'lik yo'riqnomasidir. Elyaf yorug'lik yo'riqnomasi ikki qatlamli dizaynga ega va turli optik xususiyatlarga ega (sindirish ko'rsatkichlari) yadro va qoplamadan iborat. p1 Va n2). Yadro elektromagnit energiyani uzatish uchun xizmat qiladi. Qobiqning maqsadi: yadro-qobiq chegarasida aks ettirish uchun yaxshi sharoit yaratish va atrofdagi kosmosga energiya nurlanishidan himoya qilish.

To'lqinning yorug'lik qo'llanmasi orqali uzatilishi uning turli xil sinishi ko'rsatkichlariga ega bo'lgan yadro va qoplama chegarasidan aks etishi tufayli amalga oshiriladi ( p1 Va n2). An'anaviy elektr simlaridan farqli o'laroq, yorug'lik yo'riqnomalarida ikkita o'tkazgich yo'q va uzatish interfeysdan to'lqinning ko'p aks etishi tufayli bitta to'lqin o'tkazgichda to'lqin o'tkazgich usuli yordamida amalga oshiriladi.

Eng keng tarqalgan ikki turdagi tolali yorug'lik yo'riqnomalari: pog'onali va gradient (33-rasm).

Zamonaviy optik tolali tizimlarda axborotni uzatish jarayonida yorug'lik manbasini amplituda, intensivlik va polarizatsiya bo'yicha modulyatsiyalash qo'llaniladi.

Optik tolali kabelga tashqi akustik ta'sir uning geometrik o'lchamlari (qalinligi) o'zgarishiga olib keladi, bu yorug'lik yo'lining o'zgarishiga olib keladi, ya'ni. intensivligining o'zgarishiga va bu bosimning kattaligiga mutanosib ravishda.

Tolali yorug'lik qo'llanmalari mexanik bosimni yorug'lik intensivligining o'zgarishiga aylantiruvchi sifatida xavfsizlik tizimlarida amaliy qo'llaniladi, shuningdek, akusto-optik (yoki akusto-elektr) konversiya - toladagi mikrofon effekti tufayli akustik ma'lumotlarning oqib chiqishi manbai hisoblanadi. -axborot uzatishning optik tizimlari.

Elyaflar yorug'lik yo'riqnomalarining ajraladigan konnektorida erkin mahkamlanganda, akustik maydonlar orqali yorug'lik modulyatsiyasining akusto-optik effekti paydo bo'ladi. Akustik tolalar yorug'lik qo'llanmasining ulangan uchlarini bir-biriga nisbatan siljishiga olib keladi. Shu tarzda, toladan o'tadigan nurlanishning amplitudali modulyatsiyasi amalga oshiriladi. Bu xususiyat tebranuvchi optik tolali gidrofonlarda amaliy qo'llanilishini topadi. Shaklda. 34-rasmda bunday sensor (transduser) dizayni ko'rsatilgan.

Modulyatsiya chuqurligi ikkita parametrga bog'liq bo'lib, ulardan biri (dt / dx) tolaning dizayni va xususiyatlari bilan belgilanadi, ikkinchisi esa bosim kuchiga bog'liq.

Yorug'lik qo'llanmasining bosimga nisbatan sezgirligi nisbati bilan belgilanadi

bosim o'zgarishidan kelib chiqadigan faza siljishi qayerda.

Magnetostriktsiya ta'siri
Ultrasonik generatorlar
Ultrasonik kesish
Kesish asboblari bilan ishlov berishda mexanik kuchlar kamayadi
Ultrasonik tozalash
Ultrasonik payvandlash
Ultrasonik lehim bilan kalaylash
Ultratovush tekshiruvi
Ultrasonik ekspress tahlil
Ishlab chiqarish jarayonlarini tezlashtirish
Ultrasonik emdirish
Metallurgiyada ultratovush
Konchilikda ultratovush
Elektronikada ultratovush
Qishloq xo'jaligida ultratovush
Oziq-ovqat sanoatida ultratovush
Biologiyada ultratovush
Kasalliklarni ultratovush diagnostikasi
Kasalliklarni ultratovush bilan davolash
Quruqlikda va dengizda

1880 yilda frantsuz olimlari aka-uka Jak va Per Kyuri piezoelektrik effektni kashf etdilar. Uning mohiyati shundan iboratki, agar kvarts plitasi deformatsiyalansa, uning yuzlarida qarama-qarshi belgili elektr zaryadlari paydo bo'ladi. Shuning uchun, piezoelektr - bu moddaga mexanik ta'sir qilish natijasida hosil bo'lgan elektrdir (yunoncha "piezo" "bosish" degan ma'noni anglatadi).
Birinchi marta kvarts navlaridan biri bo'lgan tog 'kristalida pyezoelektrik xossalar topildi. Tosh kristalli shaffof, rangsiz, muzga o'xshash kristalldir. Sovet mineralogi A.E.Fersman o'zining "Ko'ngilochar mineralogiya" kitobida shunday deb yozgan edi: "Qo'lingizga bir bo'lak tosh kristalli va bir xil shisha bo'lagini oling - ikkalasi ham rang va shaffoflik jihatidan o'xshash, agar siz ularni sindirsangiz, ular bir xil darajada o'tkir, kesilgan bo'ladi qirralari va sinish shakli Ammo farq bo'ladi: tosh kristalli uzoq vaqt davomida qo'lingizda sovuq bo'lib qoladi, shisha juda tez isib ketadi ... Qadimgi yunonlar bu xususiyatni bilishadimi yoki yo'qmi, noma'lum. Qanday bo'lmasin, bizning toshimizga yunoncha "muz" nomidan "kristal" nomini berishgan, chunki tosh billur haqiqatan ham muzga juda o'xshaydi ..."
Tabiatda kvartsning ikki yuzga yaqin turi mavjud. Bularga oltin-sariq sitrin, qon-qizil karnelian, oltin tusli qizil-jigarrang aventurin, binafsha ametist va boshqalar kiradi. Yer qobig'ining deyarli o'ndan bir qismi har xil turdagi kvartslardan iborat. Hatto oddiy qum ham asosan kvarts donalaridan iborat.
Kvars fan va texnikada keng qo'llaniladi. U ultrabinafsha nurlarni eritadi, qattiq va o'tga chidamli. Kvarts shisha idishlari qizil issiq qizdirilishi va darhol muzli suvga botirilishi mumkin. U deyarli barcha kislotalarga chidamli va elektr tokini yomon o'tkazuvchi hisoblanadi. Ammo uning eng ajoyib xususiyati piezoelektrikdir. Agar kvarts kristalidan ma'lum bir tarzda kesilgan plastinka siqilib, ochilmasa, uning yuzlarida qarama-qarshi belgili elektr zaryadlari paydo bo'ladi. Siqish qanchalik kuchli bo'lsa, zaryad shunchalik katta bo'ladi. Kvars plitasining deformatsiyasi paytida uning yuzlarida elektr zaryadlarining paydo bo'lishiga to'g'ridan-to'g'ri piezoelektrik effekt deyiladi.
Agar bunday kvarts plastinkasiga elektr zaryadi qo'llanilsa, u o'z hajmini o'zgartiradi. Zaryad qancha ko'p bo'lsa, plastinka shunchalik deformatsiyalanadi. Plastinada o'zgaruvchan elektr maydoni ta'sir qilganda, u qo'llaniladigan kuchlanish belgilarining o'zgarishi bilan vaqt o'tishi bilan qisqaradi yoki kengayadi. Agar ikkinchisi ultratovush chastotasi bilan o'zgarsa, u holda plastinka ultratovush chastotasi bilan ham tebranadi, bu ultratovush to'lqinlarini ishlab chiqarish uchun kvartsdan foydalanish uchun asosdir. Elektr zaryadlari ta'sirida kvarts plitasining o'lchamining o'zgarishiga teskari piezoelektrik effekt deyiladi.
To'g'ridan-to'g'ri piezoelektrik effekt ultratovushli tebranishlarni qabul qiluvchilarda qo'llaniladi, bu erda ikkinchisi o'zgaruvchan tokga aylanadi. Ammo bunday qabul qilgichga o'zgaruvchan kuchlanish qo'llanilsa, teskari piezoelektrik effekt to'liq namoyon bo'ladi. Bunday holda, o'zgaruvchan tok ultratovushli tebranishlarga aylanadi va qabul qiluvchi ultratovushli emitent sifatida ishlaydi. Binobarin, piezoelektrik qabul qiluvchi va emitent bitta qurilma ko'rinishida taqdim etilishi mumkin, ular navbat bilan ultratovush tebranishlarini chiqarishi va qabul qilishi mumkin. Bunday qurilma ultratovushli akustik transduser deb ataladi.
Akustik transduserlar turli xil elektroakustik tizimlarda, xususan, akustik va gidroakustik o'lchovlar va tadqiqotlar uchun mo'ljallangan tizimlarda muvaffaqiyatli qo'llaniladi.
Pyezoelektrik qurilmalar kosmik tadqiqotlarda keng qo'llaniladi. Hozirgi vaqtda ular kosmonavtning holati, kosmik kema ichidagi sharoitlar, meteorit xavfi haqida ogohlantirish va boshqalar haqida ma'lumotlarni uzatuvchi ba'zi sensorlar bilan ifodalanadi.
Kvars uzoq vaqtdan beri ultratovush transduserlarini ishlab chiqarish uchun ishlatiladigan asosiy materiallardan biri hisoblangan. Ammo kichik kvarts plastinkasidan tayyorlangan emitentning kuchi kam. Uni ko'paytirish uchun mozaikaning bir turi shaklida kvarts plitalarini joylashtirish orqali radiatsiya yuzasining maydoni oshiriladi.
Tabiatda kvarts kristallari asosan nisbatan kichik o'lchamlarda uchraydi, garchi istisnolar mavjud. Sharqiy Alp tog'larida geologlar bitta uyada umumiy massasi bir yarim tonnadan ortiq bo'lgan oltita tosh kristall kristalini topdilar. Ural geologlari tomonidan yanada noyob topilma topildi, ular ulkan kristallarning butun oilasi bo'lgan kristall konini topdilar. Birinchidan, toshdan 800 kilogramm og'irlikdagi kristallar olindi. Keyingi doimiy izlanishlar mutlaqo ajoyib natijalarni berdi - yigirma shaffof sof kristallardan iborat yulduz turkumi topildi. Ularning umumiy og'irligi 9 tonnadan oshdi. Biroq, bunday topilmalar ilm-fan va texnikaning kvarts kristallariga bo'lgan tobora ortib borayotgan ehtiyojlarini qondira olmaydi. Shuning uchun ularni laboratoriyalarda sun'iy ravishda etishtirishga harakat qilmoqdalar, ammo, afsuski, ular sekin o'sib boradi va ularni ishlab chiqarish qimmatga tushadi.
Boshqa piezoelektrik materiallarni qidirishda olimlar e'tiborini Rochelle tuziga qaratdilar. Birinchi marta frantsuz farmatsevti Segnet tomonidan tartarik kislota tuzlaridan olingan. Rochelle tuzini qayta ishlash oson; Rochelle tuzining kristalini suv bilan namlangan oddiy ip bilan kesish mumkin. Boshqa piezoelektrik kristallar, shu jumladan kvarts bilan solishtirganda, Rochelle tuzi kristali sezilarli darajada katta piezoelektrik ta'sirga ega bo'lib, plastinkadagi eng kichik mexanik ta'sir elektr zaryadlarining paydo bo'lishiga olib keladi;
Yangi piezoelektrik materiallar bo'yicha tadqiqotlar ayniqsa Ikkinchi Jahon urushi davrida qat'iyat bilan amalga oshirildi. Ular gidroakustik qurilmalarda va harbiy radioelektronikada piezoelektrik kvartsning keng qo'llanilishi natijasida paydo bo'lgan "kvars ochligi" tufayli yuzaga kelgan. Shunday qilib, ammoniy dihidrogen fosfat kristallari o'sha paytda piezoelektrik transduserlar ishlab chiqarish uchun ishlatilgan. Ushbu material chastotali barqaror va yuqori quvvatlar bilan va keng chastota diapazonida ishlashga imkon beradi.
Bariy titanat sun'iy ravishda olinadi, chunki u erning ichaklarida juda kam uchraydi. Buning uchun ikkita mineral moddalar - bariy karbonat va titanat dioksid aralashmasi juda yuqori haroratda pishiriladi. Natijada sarg'ish-oq massa paydo bo'lib, tashqi ko'rinishi va mexanik xususiyatlari bilan oddiy loyga o'xshaydi. Bu massa, xuddi loy kabi, har qanday shaklga ega bo'lishi mumkin, lekin u mexanik jihatdan kuchli va suvda erimaydigan bo'ladi. Va bariy titanatga piezoelektrik xususiyatlar berish uchun kuygan massa kuchli elektr maydoniga joylashtiriladi va keyin sovutiladi. Natijada, bariy titanat kristallarining qutblanishi sodir bo'ladi, ularning dipollari (ikkita qarama-qarshi, lekin mutlaq qiymati bo'yicha teng, bir-biridan ma'lum masofada joylashgan elektr zaryadlarining birikmasi) bir xil pozitsiyani egallaydi va sovutgandan keyin ular xuddi shunday mahkamlanadi. bu holatda "muzlatilgan". Olingan material kvartsnikidan 50 baravar ko'proq piezoelektrik ta'sirga ega va uning narxi past, chunki uni ishlab chiqarish uchun juda katta miqdordagi xom ashyo mavjud. Bariy titanatning kamchiliklari katta mexanik va dielektrik yo'qotishlarni o'z ichiga oladi, bu uning qizib ketishiga olib keladi va 90 darajadan yuqori haroratlarda piezoelektrik ta'sir sezilarli darajada kamayadi.
Bariy titanatli keramika kesilishi, maydalanishi, sayqallanishi mumkin, bu esa transduserga kerakli shakl va hajmni beradi (tekis plastinka, silindr, yarim shar, sharning bir qismi va boshqalar). Bariy titanat konvertorlari elektr energiyasini mexanik energiyaga aylantirishda samaraliroq, elektr buzilishlariga nisbatan ko'proq qarshilikka ega va past kuchlanishlarda ishlashi mumkin. Bundan tashqari, bariy titanat ultratovush transduserlari impulsli rejimda ishlashga qodir.
Piezoelektrik transduserlarni ishlab chiqarish uchun boshqa piezokeramika ishlatiladi: zirkonyumning qo'rg'oshin titanat (PZT) bilan aralashmasi, bu piezokeramika bariy titanatdan ikki baravar kuchli piezoelektrik ta'sirga ega.
Shu bilan birga, pyezoelektrik xususiyatlarga ega bo'lgan va zarur texnik talablarga javob beradigan kristallarni qidirish davom ettirildi. Kadmiy sulfid olimlarning e'tiboriga shunday tushdi. U ultratovushli tebranishlarni kuchaytirishning ajoyib qobiliyatiga qo'shimcha ravishda, u kvarts va bariy titanatiga to'liq etib bo'lmaydigan juda yuqori chastotalar uchun ultratovush o'tkazgichni yaratish uchun ishlatilishi mumkin. Tadqiqotchilar kadmiy sulfid kristalli mumkin bo'lgan ilovalar soni bo'yicha rekord o'rnatishini taklif qilmoqdalar. U nafaqat ultratovush kuchaytirgichi va transduser sifatida xizmat qilishi mumkin, balki umumiy yarimo'tkazgich sifatida germaniy va kremniy bilan birga ishlatilishi mumkin. Bundan tashqari, kadmiy sulfid ajoyib fotorezistor hisoblanadi.
Biroz soddalashtirib, aytishimiz mumkinki, piezoelektrik o'zgartirgich - bu umumiy metall plastinkaga yopishtirilgan, ma'lum bir tarzda bog'langan tekis yoki sferik sirtga ega bo'lgan bir yoki bir nechta individual piezoelektrik elementlar. Yuqori nurlanish intensivligini olish uchun turli shakllarga ega bo'lishi mumkin bo'lgan (yarim sharlar, ichi bo'sh sharlarning qismlari, ichi bo'sh silindrlar, ichi bo'sh silindrlarning qismlari) fokusli piezoelektrik o'zgartirgichlar yoki kontsentratorlar qo'llaniladi. Bunday transduserlar yuqori chastotalarda kuchli ultratovush tebranishlarini ishlab chiqarish uchun ishlatiladi. Bunda sferik o'zgartirgichlarning fokus nuqtasi markazidagi nurlanish intensivligi o'tkazgichning emissiya yuzasidagi o'rtacha intensivlikdan 100-150 marta yuqori bo'ladi.

"Ovoz, ultratovush, infratovush"