Pentru deplasarea temperaturii Cutie spre 25oC se folosesc soluþii solide binare feroelectric - neferoelectric. Condiþia fundamentalã pentru a obþine soluþia solidã este ca razele ionilor substituiþi sã fie foarte apropiate. Astfel se utilizeazã (Ba1-xSrx) TiO3 (raza Ba2+ este 0,143 nm, iar a Sr2+ 0,127 nm) ºi Ba(Ti1-xSnx) O3 (raza ti4+ este 0,064 nm iar a Sn4+0,074nm). Intrucât SrTiO3 ºi BaSnO3 nu sunt feroelectrici la temperatura ambiantã, rezultã cã temperatura Curie a celor douã soluþii solide va scãdea faþã de temperatura Curie a
¡ª partea realã a permitivitãþii foarte mare la temperatura ambiantã, deplasînd temperatura Curie spre 20oC; evident, coeficientul de temperaturã al permitivitãþii acestor materiale nu se poate defini;
titanatului de bariu (fig. 1.61). Pentru prima soluþie solidã, structura [TiO6] responsabila de apariþia feroelectricitãþii nu se schimbã, astfel încât temperaturile de tranziþie sunt numai translatate, iar dependenþa µ § = F(T) este foarte ascuþitã la temperatura Curie. Pentru a doua soluþie solidã, o parte din ionii Ti4+ sunt înlocuiþi cu Sn4+, deci posibilitãþile de distorsionare ºi polarizare a unor celule sunt mai mici decât ale altora, fiind de aºteptat modificãri ale energiei libere a reþelei ºi ale temperaturilor de tranziþie (liniile întrerupte din fig. 1.61). Rezultã în aceastã situaþie o aplatisare în jurul temperaturii Curie a dependenþei µ §funcþie de temperaturã ºi o micºorare a pierderilor. Pentru soluþiile solide specificate, se obþin valori ale lui µ § în jur de 2 000 ºi tangente ale unghiului de pierderi de aproximativ 10 10-4. Dacã se doresc valori mai mari ale lui µ § fie coeficientul de temperaturã al permilivitãþii este foarte mare (pentru Ba1-xSrx Ti O3), fie pierderile dielectrice sunt mari (pentru BaTi1-xZnxO3).
Soluþia solidã de tipul (1 ¡ª x) BaTiO3 + xCaZrO3 conduce de asemenea la micºorarea temperaturii Curie deoarece CaZrO3 este neferoelectric, însã dependenþa temperaturii Curie în funcþie de x nu mai este liniarã. Prin creºterea lui x se micºoreazã valoarea lui µ § la temperatura Curie ºi se micºoreazã coeficientul de temperatura al permitivitãþii.
In acelaºi scop se utilizeazã ºi soluþii solide ternare BaTiO3¡ª SrTiO3¡ª CaZiO3, cu care se pot obþine valori mari ale lui µ § ºi valori acceptabile ale coeficientului sãu de temperaturã.
Soluþiile solide titanat de bariu ¡ª oxizi ai metalelor conduc de asemenea la obþinerea unor materiale dielectrice cu permitivitate mare ºi coeficient de temperaturã mic. Oxizii metalelor bivalente sau tetravalente nu sunt utili deoarece ionii metalici respectivi se substituie ionilor Ba2+, respectiv Ti4+ care astfel ies din reþea ºi formeazã cu o moleculã de BaTiO3 compoziþiile Ba2TiO4 sau respectiv BaTi2O5. Folositori sunt oxizii metalelor trivalente (La3+, Sb3+, Bi3+ cu raza de aproximativ 0,1 nm) sau pentavalente (Nb5+ cu raza de 0,069 nm sau Ta5+ cu raza de 0,068 nm). Variantele cele mai utilizate sunt (1 ¡ª x) BaTiO3 + xLa2O3 ºi (1 ¡ª x) BaTiO3 + xTa2O5. Pentru valori ale lui x mai mari dccât 4 10-3 se obþin atât curbe plate în variaþia
lui µ § cu temperatura cât ºi în dependenþa acestuia de tensiunea aplicatã ºi de frecvenþã.
Cele mai bune rezultate în obþinera unor curbe plate de variaþie a.permitivitãþii cu temperatura aparþin soluþiilor ternare BaTiO3¡ªCaZrO3 ¡ª oxizi metalici. La o concentraþie mai mare de CaZrO3 se separã doua soluþii nemiscibile: soluþia A cu 16% CaZrO3 ºi soluþia B avînd CaZrO3 drept constituent principal. In prezenþa oxizilor metalici, chiar în proporþii foarte mici, coeficientul de temperaturã al permitivitãþii este pozitiv pentru soluþia A ºi negativ pentru soluþia B, ceea ce permite, pentru anumite concentraþii. Compensarea variaþiilor cu temperatura ºi obþinerea maximului plat. Ca performanþe
pentru aceste soluþii ternare se pot obþine în domeniul de temperaturã ¡ª55 ... + 85°C urmãtoarele variante:
µ §
Utilizarea feroelectricilor oxidici în dispozitive electrooptice este condiþionatã de valorile relativ mari ale coeficienþilor efectului electrooptic spontan, se prezintã spre exemplificare principalii coeficienþi ai efectului electrooptic spontan pãtratic pentru BaTiO3.
1.9.2. FEROELECTRICI CU LEGÃTURÃ DE HIDROGEN
Feroelectricii din aceastã clasã au compoziþii complicate ºi. de obicei, temperaturi Curie joase. Legãtura de hidrogen se formeazã prin colectivizarea electronului 1 s al hidrogenului cu un atom A electronegativ (legãturã co-valentã), dipolul astfel format interacþionînd prin forþa de naturã electrostaticã cu un alt ion B (natura lui B poate fi identicã cu A). Legãtura astfel formatã A-H ... B este direcþionalã. Pentru ca legãtura de hidrogen sã îndeplineascã un rol fundamental în apariþia polarizãrii spontane sunt necesare urmãtoarele:
protonul trebuie sã aibã douã poziþii stabile de echilibru, adicã energia sa potenþialã în funcþie de distanþã sã prezinte douã minime;
protonul sã poatã trece sub acþiunea câmpului electric exterior dintr-o
poziþie de minim în cealaltã (inversarea stãrii de polarizaþie);
funcþia energiei potenþiale a protonului sã fie simetricã, astfel încât
trecerea dintr-un minim în celalalt sã nu conducã la schimbarea structurii
(rezultã cã natura ionilor A ºi B trebuie sã fie identicã).
Existã douã posibilitãþi de intervenþie a legãturii de hidrogen în procesul de polarizare spontanã. Prima posibilitate survine în cazul în care legãtura de hidrogen este distribuitã sub unghiuri foarte mici faþã de axa polarã a structurii (este cazul sãrii Seignette KNaC4H4O6 4H2O cu temperaturi de tranziþie la - 18°C ºi + 24°C). în acest caz, polarizaþia spontanã apare ca sumã a momentelor electrice dipolare ale legãturilor de hidrogen ºi inversarea stãrii de polarizaþie rezultã direct prin inversarea sensului momentului electric al legãturii de hidrogen datoritã trecerii protonului dintr-o poziþie de echilibru în cealaltã.
A doua posibilitate intervine în majoritatea cristalelor cu legãturã de hidrogen. Polarizaþia spontanã este suma momentelor electrice elementare ale unor elemente structurale dependente de legãtura de hidrogen care este distribuitã sub unghiuri mari, aproape de 90°, faþã de axa polarizaþiei spontane a structurii. In acest caz trecerea protonului dintr-o stare de echilibru în cealaltã conduce la o redistribuire a câmpului intern în cristal ºi, prin aceasta, la schimbarea sensului momentelor electrice ale elementelor structurale principale. Din aceastã categorie fac parte, ca materiale reprezentative, dihidro-fosfatul de potasiu (KDP) cu compoziþie KH2PO4, tempertura Curie - 151°C ºi sulfatul de triglicinã (TGS) cu compoziþia (NH2CH2COOH)3 H2SO4 avînd temperatura Curie 49°C. In ambele cristale legãtura de hidrogen are structura O¡ªH ... O distribuitã perpendicular pe planul axei polare. Principalele utilizãri ale feroelectricilor cu legãturã de hidrogen sunt în dispozitivele electro-optice ºi în traductoarele piroelectrice.
1.10. ORDONAREA SPONTANÃ A CRISTALELOR LICHIDE
1.10.1. CLASIFICARE
Cristalele lichide sunt materiale organice care poseda simultan proprietãþi ale lichidului izotrop (fluiditate, curgere, unirea picãturilor prin contact) ºi proprietãþi ale solidelor cristaline (existenþa unei ordini la distanþa care condiþioneazã anizotropia principalelor proprietãþi fizice, precum polarizarea ºi magnetizarea, conductibilitatea electricã ºi termicã, refracþia luminii, proprietãþile elastice).
Moleculele cristalelor lichide sunt lungi ºi de formã rotundã în secþiune, cu moment electric permanent destul de puternic ºi cu grupuri uºor polariza-bile. Intre aceste molecule se stabileºte ordine spontanã la distanþã asemãnãtoare solidelor cristaline, ordine care dicteazã proprietãþile anizotrope ale cristalului lichid. Starea de cristal lichid se manifestã într-un domeniu de temperaturã delimitat de douã temperaturi de tranziþie. Pentru temperaturi mai mici decât T1 (temperatura de topire) cristalul devine solid, iar pentru temperaturi mai mari decât T2 (temperatura de limpezire) devine lichid izotrop.
In funcþie de tipul ordinii la distanþã cristalele lichide se împart în trei grupe: cristale lichide smectice, cristale lichide nematice, cristale lichide coles-terice.
In cristalele lichide smectice (fig. 1.64, b) moleculele formeazã straturi de aproximativ 20 Å grosime în care moleculele sunt paralele între ele. Faþã de planul stratului, moleculele sunt sau perpendiculare (smectic A) sau înclinate (smectic B, C, D, E). Intr-un cristal lichid smectic, moleculele se pot deplasa in douã direcþii în plan ºi se pot roti în jurul propriei axe (nu pot trece însã din-tr-un strat în altul).
Cristalele lichide nematice (fig. 1.64, c) sunt mai puþin ordonate decât cele smectice. Axele longitudinale ale moleculelor sunt paralele între ele, insã centrele lor de greutate sunt distribuite aleatoriu. Fiecare moleculã se poate deplasa în toate cele trei direcþii ale spaþiului ºi se poate roti în jurul propriei axe.
In cristalele lichide colesterice (fig. 1,64, d) moleculele sunt ordonate în straturi, paralele între ele ºi paralele cu planul stratului. Direcþia de orientare a moleculelor variazã de la un strat la vecinul sãu într-o maniera elicoidalã, axul elicei fiind perpendicular pe direcþiile de orientare ale moleculelor. Impãrþirea în straturi paralele este numai formalã, deoarece moleculele pot trece dintr-un strat în celãlalt cu schimbarea corespunzãtoare a orientãrii (evident, se pot deplasa în douã direcþii în planul stratului ºi se pot roti în jurul propriei axe).
1.12. CRISTALE PIEZOELECTRICE
1-12.1. CRISTALE PIEZOELECTRICE PENTru DlSPOZlTIVE CU UNDÃ ELASTICÃ DE VOLUM
Deºi foarte multe cristale posedã piezoelectricitate, utilizãri practice pentru dispozitivele cu undã elasticã de volum au relativ puþine, dintre care se detaºeazã dintre neferoelectrici cuarþul, iar dintre cristalele, feroelectrice titanatul de bariu, titanatul ¡ª zirconatul de plumb ºi niobatul de sodiu ºi potasiu.
Cuarþul la temperaturã normalã (cuarþ á) cristalizeazã în sistemul trigonal-trapezoiedric (clasa de simetrie 32), prezentînd urmãtoarele elemente de simetrie:
o axã de ordinul 3, denumitã axã opticã;
trei axe de ordinul 2 perpendiculare pe prima ºi formînd între ele
unghiuri de 120°, denumite axe electrice.
Structura sa este o reþea de tetraedri [SiO4], cu siliciul distribuit în inter-stiþiul format de anionii de oxigen, reþea distribuitã elicoidal în jurul axei optice. Existã douã forme enantiomorfe, cuarþ stîng (levogir) ºi cuarþ drept (dextrogir), dupã cum planul de polarizaþie al luminii care le strãbate în lungul axei optice este rotit spre stînga sau spre dreapta observatorului care priveºte spre sursa de luminã.
Principalele proprietãþi fizice care recomandã cuarþul á pentru aplicaþii în dispozitivele piezoelectrice sunt:
elasticitate ridicatã;
pierderi interne (prin viscozitate) mici, ceea ce conduce la un factor
de calitate mare al dispozitivului;
stabilitate termicã bunã (la temperatura de 573oC cuarþul îºi schimbã
simetria devenind cuarþ â, un cristal hexagonal trapezoiedric, clasa de sime-
trie 622);
existenþa în naturã în fazã cristalinã (monocristal pânã la zeci de kilo-
grame) simultan cu posibilitatea fabricãrii de cuarþ sintetic.
Cuarþul natural nu este în general monocristal stîng sau drept, ci se prezintã sub formã de dubleþi, ale cãror componente s-au format simultan ºi dependent una de cealaltã. Pentru cuarþ existã douã tipuri fundamentale de dubleþi:
dubleþi care conþin domenii de monocristal stîng ºi domenii de mono-
cristal drept vecine, un domeniu fiind simetricul faþã de un plan al vecinului
sãu;
dubleþi care conþin domenii de monocristale de un singur tip (stîng
sau drept), douã domenii vecine fiind însã rotite unul faþã de celãlalt cu 180o.
Deoarece cele douã componente ale dubleþilor prezintã coeficienþi pie-zoelectrici de semn opus, aceºtia nu se pot utiliza pentru dispozitive. Pentru distrugerea dubleþilor ºi transformarea lor în monocristale de un singur tip, existã tehnici bazate pe aplicarea simultanã a unor regimuri termice ºi a unor tensiuni mecanice de valori medii.
In ceea ce priveºte alegerea sistemului de axe de coordonate, în prezent se foloseºte sistemul tehnic în care axele de coordonate formeazã un triedru drept atât pentru cuarþul drept, cât ºi pentru cel stîng. In acest sistem
axa Oz corespunde cu axa de simetrie de ordinul 3, iar axa Oy este întotdeauna perpendicularã pe acea suprafaþã lateralã „m" care se intersecteazã cu suprafaþa lateralã „r". Axa Ox, corespunzînd ca direcþie cu axele de simetric de ordinul 2, este astfel dirijatã încât sã formeze un sistem de referinþã drept. Datoritã simetriei cuarþului, existã trei sisteme de coordonate definite ca mai sus ºi perfect echivalente, obþinute prin alegerea drept axã Ox a fiecãreia dintre cele trei axe de simetric de ordinul 2.
Avantajul sistemului tehnic de axe de coordonate constã în faptul cã un element de volum la fel distribuit faþã ce axele de coordonate atât în cuarþul stîng cât ºi în cel drept, este la fel distribuit ºi faþã de muchiile celor douã tipuri de cristal. In acest fel se uniformizeazã pentru cele douã tipuri de cuarþ secþiunile necesare pentru realizarea diferitelor dispozitive.
In sistemul tehnic la care ne vom referi permanent în cele ce urmeazã, semnele constantelor piezoelectrice diferã de la cuarþul stîng la cel drept. Astfel, pentru cuarþul drept, coeficienþii piezoelectrici d11, d14 ºi e11 sunt negativi, iar e14 este pozitiv, în timp ce pentru cuarþul stîng semnele sunt inversate.
Datoritã simetriei cristaline a cuarþului în sistemul de referinþã prezentat, matricele permitivitãþilor, a coeficienþilor piezoelectrici ºi a coeficienþilor elastici au urmãtoarele forme particulare:
¡ª matricea permitivitãþilor (formal identice matricele µ § ºi µ §)
µ §
¡ª matricea coeficienþilor piezoelectrici (formal identice matricele [d], [e], [g] ºi [h])
µ §
¡ª matricea coeficienþilor de elasticitate (formal identice matricele [sE], [sD], [cE], [cD])
µ §
Valorile coeficienþilor nenuli din matricele anterioare sint prezentate, pentru temperatura normala, în tabelul 1.13.
Coeficienþii de cuplaj piezoelectric pentru cuarþ au în general valori mici comparativ cu alte cristale. Astfel, coeficientul de cuplaj static în lungul
axei Ox are valoarea µ §, aceastã valoare fiind semnifica-
tivã ºi pentru ceilalþi coeficienþi de cuplaj.
Principala utilizare a cuarþului în dispozitivele cu undã elasticã de volum o reprezintã rezonatoarele, caz în care monocristalul de cuarþ este folosit sub
forma unor bare sau plachete paralelipipedice cu anumite orientãri faþã de axele de coordonate
Cristalele feroelectrice se clasificã din punctul de vedere al piezoelectricitãþii în modul urmãtor:
cristale care nu au centru de simetrie al structurii (deci sunt piezoelec-
trice) atât pentru temperaturi mai mari, cât ºi pentru temperaturi mai mici
decât temperatura Curie;
cristale care au centru de simetrie al structurii pentru temperaturi mai mari decât temperatura Curie (deci nu sunt piezoelectrice pentru T > TC), dar care prin tranziþie în faza feroelectricã pierd central de simetrie la nivelul celulei elementare.
Cristalele din prima categorie (spre exemplu sarea Seignette, KDP) sint piezoelectrice atât pentru temperaturi mai mari, cât ºi pentru temperaturi mai mici decât temperatura de tranziþie. La temperatura Curie, datoritã, schimbãrii simetriei cristaline, se modificã ºi forma matricelor piezoelectrice. De exemplu, pentru sarea Seignette (tartrat dublu de sodiu ºi potasiu) care in fazã neferoelectricã (T> 24°C) cristalizeazã în sistemul ortorombic clasa de simetrie 222, matricea piezoelectricã [d] are forma
µ §
iar în fazi feroelectricã (în intervalul -18... 24°C cristalizînd în sistemul monoclinic, clasa de simetrie 2, matricea piezoelectricã [d] se modificã astfel:
µ §
Deºi cristalele aparþinînd acestei categorii au unele proprietãþi piezoelec-trice remarcabile (spre exemplu la temperatura Curie sarea Segnette are valoarea coeficientului de cuplaj piezoelectric mai mare de 0,9), aceste cristale nu au în prezent utilizãri practice datoritã altor proprietãþi fizico-chi-mice nesatisfãcãtoare (sarea Segnette este higroscopicã etc).
Cristalele feroelectrice aparþinînd celei de-a doua categorii (titanat de bariu, titanat-zirconat de plumb, niobat de sodiu ºi potasiu, TGS etc.) nu prezintã piezoelectricitate pentru T > Tc (datoritã centrului de simetrie al celulei elementare), dar in fazã feroelectricã, sub formã de monocristal mono-domeniu, devin piezoelectrice avînd matrice corespunzãtoare clasei de simetrie cãrora aparþin.
Astfel, titanatul de bariu nu este piezoelectric pentru T > 120°C (aparþine simetriei cubice, clasa m3m, cu centru de simetrie), dar monocristalele mono-domeniu de BaTiO3 sunt piezoelectrice pentru T < 120°C, prezentînd pentru domeniu de temperaturi 0°C ... 120°C pentru care simetria este tetragonalã, clasa 4 mm, urmãtoarea matrice piezoelectricã [d]
µ §
Cristalele din aceastã categorie, neavînd centru de simetrie al celulei elementare pentru T>Tc,se împart spontan în fazã feroelectricã într-o structurã multidomeniu (v. § 1.8.4) astfel distribuitã încât sã pãstreze la nivelul întregului cristal un centru de simetrie al domeniilor (cristalul pe ansamblu nu este piezoelectric, deºi celula elementarã prezintã aceastã proprietate). Mai mult decât atât, din raþiuni de comoditate tehnologicã ºi evident de cost, cea mai largã utilizare în fabricarea dispozitivelor au în prezent poli-cristalele feroelectrice obþinute printr-o tehnologie ceramicã sub forma unei aglomerãri de mici cristale distribuite aleatoriu. Structura ceramicã (cristalite distribuite aleatoriu, deci prezentînd centru de simetrie) ºi structura de domenii (domenii distribuite astfel încât sã prezinte centru de simetrie) fac ca
ceramica feroelectricã obþinutã prin rãcire de la temperaturi ridicate pânã la temperaturi inferioare temperaturii de tranziþie sã nu prezinte piezoelectricitate, ci electrostricþiune caracterizatã printr-o relaþie matricealã:
µ § (1.88)
unde [Q] este matricea coeficienþilor electrostrictivi (36 elemente în. reprezentarea prescurtatã, numãrul acestora reducîndu-se datoritã simetriei cristalului electrostrictiv) iar forma prescurtatã a matricei [D2] este
µ §
De menþionat cã relaþia este nesemnificativã pentru cristale electrostrictive, reducîndu-se ca la orice dielectric la legãtura dintre inducþia ºi intensitatea câmpului electric.
Presupunînd cristalul liber (µ §) ºi polarizat spontan în lungul axei Oz (D1 = 0, D2 = 0, D3 = P3) atunci, din ecuaþia (1.88) se pot obþine deformaþiile specifice ale cristalului electrostrictiv. Spre exemplu, în lungul axei Ox
µ § (1.89)
relaþie care este reprezentatã grafic în figura 1.75.
Dacã acestui cristal polarizat spontan i se aplicã un câmp exterior în lungul axei Oz, atunci inducþia devine
µ §
unde D3 datorat polarizaþiei temporare a cristalului este mult mai mic decit D3 datorat polarizaþiei sale spontane.
Din relaþia (1.89) rezultã deformaþia totalã a cristalului
µ § (1.90)
; adicã deformaþia temporarã
Deci, dacã cristalul se aflã într-un punct de funcþionare corespunzãtor
µ §
unei polarizaþii spontane mari
(D3 = P3) va exista conform
relaþiei (1.90) proporþiona-litate
între deformaþia temporarã ºi inducþia
corespunzãtoare câmpului exterior. Lucrînd în regim sinusoidal reprezentat în complex simplificat, relaþia (1.90) devine
µ § (1.91)
unde coeficientul piezoelectric
g13 = 2Q13P3.
Rezultã cã un cristal feroelectric posedînd centrii de simetrie datoritã, structurii sale ceramice ºi datoritã structurii de domenii poate deveni piezo-electric printr-un tratament de polarizare care, orientînd majoritatea domeniilor pe o singurã direcþie (fie aceasta axa Oz ) distruge centrul de simetrie al structurii ºi pune în evidenþã piezoelectricitatea pe care o posedã celula elementarã a feroelectricului. Coeficienþii piezoelectrici ai ceramicii vor depinde direct proporþional (relaþiile (1.90) ¡ª (1.91)) de valoarea polarizaþiei remanente în cristal, totdeauna mai micã decât polarizaþia spontanã deoarece nu toate domeniile vor fi orientate în lungul axei Oz. Dependenþa coeficienþilor piezoelectrici de polarizaþia cristalului prezintã douã dezavantaje majore:
dependenþa coeficienþilor piezoelectrici de temperaturã prin inter-
mediul dependenþei de temperaturã a polarizaþiei; pentru ca aceastã depen-
denþã sã fie cât mai slabã la temperatura ambiantã, este necesar ca tempe-
ratura Curie a ceramicii feroelectrice sã fie cât mai ridicatã;
variaþia în timp a coeficienþilor piezoelectrici (îmbãtrînirea) datoritã
scãderii în timp a polarizaþiei remanente prin dezorientarea domeniilor;
tratamente de îmbãtrinire artificialã ºi o temperaturã Curie ridicatã pot mic-
ºora mult aceastã variaþie în timp.
Posedînd polarizare remanentã pe direcþia axei Oz, ceramica piezoelectricã are o simetrie indusã de tip ‡ m, indifeient de simetria celulei elementare a cristalului de bazã. Deci, pentru toate tipurile de ceramicã piezoelectricã matricele permitivitãþilor, a coeficienþilor, piezoelectrici ºi a coeficienþilor elastici au urmãtoarele forme particulare:
¡ª matricea permitivitãþilor (formal identice matricele µ § ºi [âT])
µ §
¡ª matricea coeficienþilor piezoelectrici (formal identice matricele [d],
¡ª matricea coeficienþilor de elasticitate (formal identice matricele [sE],
[sD], [cE], [cD])
[e], [g], [h]
µ §
µ §
Funcþie de simetria ceramicii piezoelectrice, pricipalii coeficienþi de cuplaj piezoelectric sunt urmãtorii:
¡ª k31, definit pentru câmp electric în lungul axei de polarizare µ § ºi tensiuni mecanice în lungul axei Ox µ §
µ §
kp, definit pentru câmp electric în lungul axei de polarizare µ § ºi tensiuni mecanice izotrope în planul xOy µ §
µ §
unde µ § este coeficientul Poisson;
k33, definit pentru câmp electric în lungul axei de polarizare µ § ºi tensiuni mecanice paralele cu câmpul µ §
µ §
k15 = k24, definiþi pentru câmp electric în lungul axei Ox µ § ºi tensiuni mecanice tangenþiale în planul xOz µ § sau câmp electric în lungul axei Oyµ § ºi tensiuni mecanice tangenþiale în planul yOz µ §
µ §
Valorile coeficienþilor nenuli din matricele proprietãþilor de material, valorile coeficienþilor de cuplaj, precum ºi temperaturile Curie sunt prezentate în tabelul 1.14 pentru câteva compoziþii din cele trei mari familii de ceramicã piezoelectricã cu utilizãri practice deosebite: titanat de bariu, titanat zirconat de plumb, niobat de sodiu ºi potasiu.
Titanului de bariu a fost primul utilizat dintre ceramicele piezoelectrice. înlocuind practic sarea Seignette datoritã unei mult mai bune stabilitãþi chimice, unui domeniu mai larg de temperaturã ºi unei uºurinþe în fabricaþie (coeficienþii de cuplaj piezoelectric sunt mai mici decât la sarea Segnette, dar mai mari decât la cuarþ).
Coeficienþii piezoelectrici elastici ºi dielectrici ai ceramicii polarizate de titanat de bariu sunt puternic dependenþi de temperaturã. Acest dezavantaj se cumuleazã cu o variaþie în timp a proprietãþilor de material ale ceramicii (îmbâtrînire) datoritã reorientãrii în timp a domeniilor fie din cauza unor tensiuni mecanice care apar în urma tratamentului de polarizare fie din cauza unor defecte în reþea (dislocaþii, incluziuni, pori). Din aceste motive, pentru dispozitivele piezoceramice de performanþã se utilizeazã în prezent ceramicã de tipul soluþiilor solide de titanat - zirconat de plumb ºi niobat de sodiu ºi potasiu.
Dostları ilə paylaş: |