التحليل: سيراميك كهرضغطية ذو درجة حرارة عالية
يشتمل السيراميك الكهرضغطي ذو درجة الحرارة العالية على نيوبات الفلز القلوي وهيكل برونز التنغستن وهيكل البيروفسكايت وهيكل طبقات البزموت. درجة حرارة كوري بشكل عام أقل من 900 درجة مئوية، وهي بعيدة كل البعد عن تلبية الاحتياجات الخاصة للمجالات ذات درجات الحرارة العالية جدًا مثل الفضاء الجوي. لذلك، من المهم جدًا دراسة السيراميك الكهرضغطي ذي درجة الحرارة العالية جدًا.&نبسب;
&نبسب;يشير السيراميك الكهرضغطي ذو درجة الحرارة العالية للغاية إلى فئة من المواد ذات درجة حرارة كوري أعلى من 900 درجة مئوية. في الوقت الحاضر، يتم إجراء الأبحاث حول نظام المواد الخزفية الكهرضغطية ذات الأداء العالي ودرجة حرارة كوري العالية جدًا في الداخل والخارج، وقد أصبح تطوير مادة السيراميك الكهروضغطية ذات درجة حرارة كوري العالية جدًا (ح) والاستقرار الجيد أحد العناصر من النقاط الساخنة البحثية الحالية.
1. هيكل البيروفسكايت مادة السيراميك الكهرضغطية ذات درجة الحرارة العالية
تيتانات الرصاص النقي عبارة عن هيكل بيروفسكايت رباعي الزوايا في درجة الحرارة العادية، مع ثابت عازل صغير، خاصية كهرضغطية عالية، تباين كهرضغطية كبير ودرجة حرارة كوري عالية (ح = 490 درجة مئوية)، لذلك فهو مناسب للعمل في درجات حرارة عالية. ومع ذلك، نظرًا لصعوبة تلبيد سيراميك تيتانات الرصاص النقي، فعندما تبرد البلورة من خلال نقطة كوري، فمن السهل أن تتشقق من تلقاء نفسها تحت تأثير الضغط الداخلي. النسبة المحورية الكبيرة تجعل مجالها القسري كبيرًا ويصعب استقطابه. ولذلك، يستخدم العديد من الباحثين المنشطات لتشكيل مادة صلبة منصهرة لحل هذه المشكلة، وقد حققوا نتائج بحثية جيدة.
تعد مادة السيراميك الكهرضغطية الرصاص(زر, تي)O3(PZT) واحدة من أكثر المواد الخزفية الكهرضغطية استخدامًا ونجاحًا نظرًا لخصائصها الكهرضغطية الممتازة. وقد تم استخدامه على نطاق واسع في صنع المحركات الكهروضغطية، وأجهزة الاستشعار، والمرشحات، والمزاحات الدقيقة، والجيروسكوبات الكهروإجهادية، والمكونات الإلكترونية الأخرى.&نبسب;
&نبسب;عندما تكون النسبة المولية للزركونيوم إلى التيتانيوم زر: تي = 53: 47، يقع PZT في منطقة مب بين الطور ثلاثي الطور والطور رباعي الطور. في هذا الوقت، يكون جهد الحديد والخواص الكهربائية للمادة أفضل، ولكن نقطة كوري تبلغ حوالي 330 درجة مئوية، ودرجة حرارة الاستخدام الآمن أقل، لذلك لا يمكن أن يقتصر تطبيقه إلا على منطقة درجة الحرارة المنخفضة. تظهر الأبحاث أن المركب الذي يحتوي على بنية أبو3 بيروفسكايت ونقطة كوري أعلى يشكل محلولًا صلبًا متعدد المكونات مع PZT، والذي يمكن أن يحافظ على استقرار الخاصية الكهرضغطية في نطاق درجة حرارة أعلى دون تغيير الطور الهيكلي، أي مع نقطة كوري أعلى.
2. هيكل برونزي من التنجستن، سيراميك كهروضغطي بدرجة حرارة عالية
يعد السيراميك الكهرضغطي البرونزي التنغستن نوعًا من المواد البلورية الكهروضوئية الواعدة التي تتميز بخصائص الاستقطاب التلقائي الكبير ودرجة حرارة كوري المرتفعة وثابت العزل الكهربائي المنخفض وعدم الخطية البصرية الكبيرة. بالإضافة إلى ذلك، جذبت المركبات الهيكلية البرونزية التنغستن نيوبات الكثير من الاهتمام باعتبارها مواد سيراميك كهرضغطية مهمة ذات درجة حرارة عالية. يحتوي PbNb2O6 على هيكل برونزي تنجستين رباعي الزوايا، ودرجة حرارة كوري عالية (ح = 570 درجة مئوية)، وعامل جودة منخفض كم، وليس من السهل إزالة الاستقطاب عند الاقتراب من نقطة كوري. قيمة d33/d31 كبيرة، ومعامل الاقتران الكهروميكانيكي الطولي أكبر بكثير من معاملات الاقتران الكهروميكانيكية المستعرضة والمستوية، لذلك فهو مناسب بشكل خاص لإعداد محولات الطاقة المقاومة لدرجات الحرارة العالية.&نبسب;
يتمتع الرصاص ميتا نيوبات باحتمالية تطبيق كبيرة. هناك أنواع كثيرة من الطاقة الكهروضوئية ذات البنية البرونزية التنغستن. يعد المزيد من التعديل والأبحاث النظرية حول المواد الكهروضوئية ذات البنية البرونزية التنغستن ذات نقطة كوري العالية من الطرق المهمة للحصول على سيراميك كهرضغطية عالي الحرارة مع هيكل برونزي من التنغستن بأداء ممتاز.
3. هيكل طبقات البزموت مادة السيراميك الكهرضغطية ذات درجة الحرارة العالية
تعتبر الكهروضوئية الهيكلية بطبقة البزموت (BLSF) مادة خزفية كهروضغطية عالية الحرارة وخالية من الرصاص مع الصيغة الكيميائية (Bi2O3) 2+-(أكون-1BMO3M+1) 2-. بالمقارنة مع سيراميك تيتانات زركونات الرصاص، يتميز BLSF بخصائص ثابت العزل الكهربائي المنخفض، ودرجة حرارة التلبيد ومعدل الشيخوخة، والمقاومة العالية، والتباين الواضح لمعامل الاقتران الميكانيكي، ودرجة حرارة كوري العالية (ح)>500 درجة مئوية)، استقرار جيد في الوقت ودرجة الحرارة لتردد الرنين، وما إلى ذلك. لذلك، هذا النوع من المواد مناسب بشكل خاص لصنع المرشحات والأجهزة الكهرضغطية في مجالات درجات الحرارة العالية والتردد العالي.
إن تطبيق المواد الخزفية الكهرضغطية ذات درجة الحرارة العالية له آفاق واسعة جدًا وهو أيضًا موضوع بحث ساخن في الداخل والخارج. باعتبارها مادة خزفية كهرضغطية ذات درجة حرارة عالية، يجب ألا تخضع للتحول الهيكلي عند درجة حرارة أعلى للتأثير على كهرضغطية، وتتميز معلمات الأداء المختلفة بخصائص خدمة ممتازة في درجات الحرارة العالية، وذلك للعمل بشكل مستقر وموثوق في حالة درجات الحرارة العالية لفترة طويلة. في الوقت نفسه، مع اتجاه تطوير التصغير والتكامل للمكونات الإلكترونية، ستصبح مواد الأغشية الرقيقة الكهرضغطية ذات درجة الحرارة العالية أيضًا نقطة بحثية ساخنة في المستقبل.
