材料的介電性能教學(xué)課件ppt(編輯修改稿)
2025-01-04 10:08 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 固體介質(zhì)表面尤其是與電極接觸的表面常發(fā)生介質(zhì)表面放電 ，通常屬于 氣體放電 。 表面狀態(tài)： 3）電場(chǎng)頻率不同 隨頻率升高，擊穿電壓降低。原因是氣體正離子遷移率比電子小，形成正的體積電荷。并且固體介質(zhì)本身也因空間電荷極化導(dǎo)致電場(chǎng)畸變，因而表面擊穿電壓下降。 固體表面擊穿電壓常低于沒有固體介質(zhì)時(shí)的空氣擊穿電壓 1）固體介質(zhì)自身原因 陶瓷介質(zhì)由于介電常數(shù)大、表面吸濕等原因，引起離子式高壓極化 (空間電荷極化 )，使表面電場(chǎng)畸變，降低表面擊穿電壓。 2）固體介質(zhì)與電極接觸不良 空氣隙介電常數(shù)低，根據(jù)夾層介質(zhì)原理，電場(chǎng)畸變，氣隙易放電。介電常數(shù)越大，影響越顯著。 壓電性和熱釋電性 壓電性（ piezoelectricity) 實(shí)驗(yàn)揭示的正壓電效應(yīng) 正壓電效應(yīng) ：當(dāng)晶體受到機(jī)械力作用時(shí)，一定方向的表面產(chǎn)生束縛電荷，其電荷密度大小與所加應(yīng)力大小成線性關(guān)系。這種機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的過程，稱為正壓電效應(yīng)。 逆壓電效應(yīng) ：當(dāng)晶體在外電場(chǎng)激勵(lì)下，晶體的某些方向上產(chǎn)生形變 (或諧振 )的現(xiàn)象。 對(duì)于某些電介質(zhì)的單晶體，在其一些特定方向上加力，則在力的垂直方向的平面上出現(xiàn)正、負(fù)束縛電荷。 六方晶系 . 理想單晶外形 : 30個(gè)晶面。 X， 1，電軸： 垂直此軸的面上壓電效應(yīng)最強(qiáng)； Y， 2，機(jī)械軸：電場(chǎng)作用下，沿該軸方向的機(jī)械變形最明顯； Z， 3，光軸： 無壓電效應(yīng)。光沿此方向入射無雙折射現(xiàn)象。 (a)晶體呈中性； (b)晶體極性僅為 X軸的正方向出現(xiàn)負(fù)電荷； (c)晶體極性僅為 X軸的正方向出現(xiàn)正電荷 . 表征參數(shù) 機(jī)械品質(zhì)因數(shù) 壓電陶瓷機(jī)械振動(dòng)時(shí)內(nèi)部能量消耗程度的參數(shù) Qm=2пWm/Δ Wm 陶瓷濾波器 高 Qm 音響器件 接收型換能器 低 Qm 輸入的機(jī)械能 機(jī)電耦合系數(shù) 綜合反映壓電陶瓷的機(jī)械能與電能之間耦合關(guān)系的物理參量。 K2 = 電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能 輸入的電能 K2 = 機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔? 壓電常數(shù) 壓電效應(yīng)的數(shù)學(xué)表述： Q=dF 比例系數(shù) d為壓電系數(shù)。 進(jìn)行正壓電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)時(shí)，在晶體的不同方向上接上電極與沖擊檢流計(jì)，測(cè)量荷電量，以得出應(yīng)力與電位移的關(guān)系。 以 a石英晶體 為例，得出應(yīng)力與電位移的關(guān)系 : σ1∝ T1 σ1=d11T1 d11 稱為壓電應(yīng)變常量 。 左 、右下標(biāo)分別代表電學(xué)量和力學(xué)量 ，d11代表 1方向加的應(yīng)力和 1方向產(chǎn)生的束縛電荷 。 x方向 x方向上受到正應(yīng)力 T1(N/m2)作用時(shí) ， 在 x方向電極面上產(chǎn)生的束縛電荷 Q， 以及電荷密度 σ (c/m2)與作用力成正比 。 國(guó)際單位制中 D1=σ1 D1=d11T1 y方向 在 y(2)方向作用正應(yīng)力 T2，測(cè)x(1)方向面上的電荷密度 d12： y方向 (2方向 )受到作用力時(shí)，在 x方向 (1方向 )具有的壓電應(yīng)變常量。 在 z 方向施加應(yīng)力 T3，測(cè) x 方向面上的束縛電荷密度，發(fā)現(xiàn)沖擊檢流計(jì)無反應(yīng)，即 z方向 d13壓電應(yīng)變常量為零。 利用同樣方法 ， 分別得到切應(yīng)力T4 (xz平面 )、 T5 (xy平面 )、 T6 (yz平面 ) 作用下 ， 在 x 方向上的電位移和壓電應(yīng)變常量關(guān)系 。 切壓力效應(yīng) 結(jié)論： 對(duì)于 α 石英晶體 ， 無論哪個(gè)方向上施加力 ， 在 z方向的電極面上無壓電效應(yīng)產(chǎn)生 。 x方向總電位移 D1=d11T1+d12T2+d14T4 y方向的電位移 z方向的電位移 D2=d25T5+d26T6 D3=0 m：電學(xué)量 j：力學(xué)量 壓電應(yīng)變常量特征 1)壓電應(yīng)變常量是有方向的，且具有張量性質(zhì) . 2)因晶體結(jié)構(gòu)對(duì)稱原因，對(duì)于 α 石英晶體，只有d1 d1 d1 d2 d26壓電應(yīng)變常量不為零。 3）壓電應(yīng)變常量矩陣。 4）其他壓電系數(shù)。
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