Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Қорғасын цирконат титанаты, сонымен қатар қорғасын цирконий титанаты деп аталады және әдетте PZT деп қысқартылады, химиялық формуласы Pb[ZrₓTi₁₋ₓ]O₃ (0 ≤ x ≤ 1) болатын бейорганикалық қосылыс. Бұл пиезоэлектрлік әсерді көрсететін керамикалық перовскит материалы, яғни электр өрісі қолданылғанда қосылыстың пішіні өзгереді. Ол ультрадыбыстық түрлендіргіштер және пиезоэлектрлік резонаторлар сияқты көптеген практикалық қолданыстарда қолданылады. Бұл ақ немесе ақшыл түсті қатты зат. Қорғасын цирконий титанаты алғаш рет 1952 жылы Токио технология институтында жасалған. Бұрын ашылған металл оксидіне негіделген пиезоэлектрлік материал – барий титанатымен салыстырғанда, қорғасын цирконий титанаты жоғары сезімталдыққа ие және жоғары жұмыс температурасын қамтиды. Пиезоэлектрлік керамикалар олардың физикалық күші, химиялық инерттілігі және салыстырмалы түрде төмен өндіріс құнына байланысты қолданысқа таңдалады. PZT керамикасы – ең көп қолданылатын пиезоэлектрлік керамика, өйткені ол басқа пиезокерамикаларға қарағанда одан да жоғары сезімталдыққа және жоғары жұмыс температурасына ие. Соңғы уақытта көптеген елдерде коммерциялық өнімдерде қорғасын қорытпалары мен қосылыстарын пайдалануды шектеу туралы заңнамалар қабылданғандықтан, PZT-ға балама табуға күшті күш жұмсалып жатыр.
Lead zirconate titanate, also called lead zirconium titanate and commonly abbreviated as PZT, is an inorganic compound with the chemical formula |Pb[Zr {x}Ti {1−x}]O3 (0 ≤ x ≤ 1) It is a ceramic perovskite material that shows a marked piezoelectric effect, meaning that the compound changes shape when an electric field is applied. It is used in a number of practical applications such as ultrasonic transducers and piezoelectric resonators. It is a white to off white solid. Lead zirconium titanate was first developed around 1952 at the Tokyo Institute of Technology. Compared to barium titanate, a previously discovered metallic oxide based piezoelectric material, lead zirconium titanate exhibits greater sensitivity and has a higher operating temperature. Piezoelectric ceramics are chosen for applications because of their physical strength, chemical inertness and their relatively low manufacturing cost. PZT ceramic is the most commonly used piezoelectric ceramic because it has an even greater sensitivity and higher operating temperature than other piezoceramics. Recently, there has been a large push towards finding alternatives to PZT due to legislations in many countries restricting the use of lead alloys and compounds in commercial products.
Электрокерамикалық қасиеттері
Пьезоэлектрлік бола отырып, қорғасын цирконат титанат қысылған кезде екі бетінде кернеуді (немесе потенциалдық айырмашылықты) тудырады (сенсорлық қолданулар үшін пайдалы), ал сыртқы электр өрісі қолданылғанда физикалық пішінін өзгертеді (актуаторлық қолданулар үшін пайдалы). Қорғасын цирконат титанаттың салыстырмалы диэлектрлік тұрақтылығы бағдарға және қоспаларға байланысты 300-ден 20000-ға дейін өзгеруі мүмкін. Пироэлектрлік қасиетінің арқасында, бұл материал температура өзгерген кезде екі беті арасында кернеу айырмашылығын тудырады; осының салдарынан қорғасын цирконат титанатты жылу сенсоры ретінде қолдануға болады. Қорғасын цирконат титанат сондай-ақ ферроэлектрлік, яғни ол электр өрісінің әсерінен кері қайтарылатын спонтанды электрлік поляризацияға (электрлік дипольға) ие. Материал морфотроптық фаза шекарасында (МФШ) x = 0,52 шамасында өте жоғары салыстырмалы диэлектрлік тұрақтылыққа ие. Кейбір формулалар кем дегенде 250 (25) дейін омикалық болып табылады, одан кейін ток өріс күшімен экспоненциалды түрде өседі және қар көшкініне жетеді; бірақ қорғасын цирконат титанат уақытқа тәуелді диэлектрлік бұзылуды көрсетеді – бұзылу тұрақты кернеу кезінде минуттар немесе сағаттар ішінде, кернеу мен температураға байланысты пайда болуы мүмкін, сондықтан оның диэлектрлік беріктігі өлшенетін уақыт масштабына байланысты. Басқа формулалардың диэлектрлік беріктігі 8 диапазонында өлшенген.
Being piezoelectric, lead zirconate titanate develops a voltage (or potential difference) across two of its faces when compressed (useful for sensor applications), and physically changes shape when an external electric field is applied (useful for actuator applications). The relative permittivity of lead zirconate titanate can range from 300 to 20000, depending upon orientation and doping. Being pyroelectric, this material develops a voltage difference across two of its faces under changing temperature conditions; consequently, lead zirconate titanate can be used as a heat sensor. Lead zirconate titanate is also ferroelectric, which means that it has a spontaneous electric polarization (electric dipole) that can be reversed in the presence of an electric field. The material features an extremely large relative permittivity at the morphotropic phase boundary (MPB) near x = 0.52. Some formulations are ohmic until at least 250 (25), after which current grows exponentially with field strength before reaching avalanche breakdown; but lead zirconate titanate exhibits time dependent dielectric breakdown — breakdown may occur under constant voltage stress after minutes or hours, depending on voltage and temperature, so its dielectric strength depends on the time scale over which it is measured. Other formulations have dielectric strengths measured in the 8 range.
Қолданылуы
Қорғасын цирконат титанат негізіндегі материалдар керамикалық конденсаторлардың және STM/AFM актуаторларының (түтікшелердің) құрамдас бөліктері болып табылады. Қорғасын цирконат титанат ультрадыбыс түрлендіргіштерін және басқа да сенсорлар мен актuatorларды, сондай-ақ жоғары сыйымдылық керамикалық конденсаторларды және FRAM чиптерін жасау үшін қолданылады. Қорғасын цирконат титанат электрондық тізбектерде эталондық уақытты белгілеу үшін керамикалық резонаторларды өндіруде де қолданылады. PLZT линзалары бар жарылысқа қарсы көзілдіріктер ұшқыштарды ядролық жарылыс кезінде күйіктерден және соқырлықтан қорғайды. PLZT линзалары 150 микросекундтан кем уақыт ішінде көріне алмайды. Коммерциялық тұрғыдан, ол көбінесе таза күйінде қолданылмайды, керісінше, оттегі (анион) бос орындарын жасайтын акцепторлармен немесе металл (катион) бос орындарын жасайтын және материалдағы домен қабырғаларының қозғалысын жеңілдететін донорлармен қоспаланады. Жалпы, акцепторлық қоспалау қатты қорғасын цирконат титанатты, ал донорлық қоспалау жұмсақ қорғасын цирконат титанатты тудырады. Қатты және жұмсақ қорғасын цирконат титанат әдетте пьезоэлектрлік тұрақтыларымен ерекшеленеді. Пьезоэлектрлік тұрақтылар поляризацияға немесе механикалық кернеу бірлігіне жаратылатын электр өрісіне пропорционалды, сондай-ақ электр өрісінің бірлігіне жаратылатын механикалық деформацияға тең. Жалпы, жұмсақ қорғасын цирконат титанат жоғары пьезоэлектрлік тұрақтыға ие, бірақ ішкі үйкелістен туындаған материалдағы жоғалтулар да жоғары. Қатты қорғасын цирконат титанатында домен қабырғаларының қозғалысы қоспалармен шектеледі, бұл материалдағы жоғалтуларды азайтады, бірақ пьезоэлектрлік тұрақтының төмендеуіне әкеледі.
Lead zirconate titanate based materials are components of ceramic capacitors and STM/AFM actuators (tubes). Lead zirconate titanate is used to make ultrasound transducers and other sensors and actuators, as well as high value ceramic capacitors and FRAM chips. Lead zirconate titanate is also used in the manufacture of ceramic resonators for reference timing in electronic circuitry. Anti flash goggles featuring PLZT protect aircrew from burns and blindness in case of a nuclear explosion. The PLZT lenses could turn opaque in less than 150 microseconds. Commercially, it is usually not used in its pure form, rather it is doped with either acceptors, which create oxygen (anion) vacancies, or donors, which create metal (cation) vacancies and facilitate domain wall motion in the material. In general, acceptor doping creates hard lead zirconate titanate, while donor doping creates soft lead zirconate titanate. Hard and soft lead zirconate titanate generally differ in their piezoelectric constants. Piezoelectric constants are proportional to the polarization or to the electrical field generated per unit of mechanical stress, or alternatively is the mechanical strain produced by per unit of electric field applied. In general, soft lead zirconate titanate has a higher piezoelectric constant, but larger losses in the material due to internal friction. In hard lead zirconate titanate, domain wall motion is pinned by the impurities, thereby lowering the losses in the material, but at the expense of a reduced piezoelectric constant.
Түрлері
Бірінен көбіне зерттелетін химиялық құрамы – PbZr0.52Ti0.48O3. x = 0.52-ге жақын пьезоэлектрлік жауаптың және поляризация тиімділігінің жоғарылауы MPB-дағы рұқсат етілген домендік күйлердің санының артуына байланысты. Бұл шекарада тетрагональдық фазадан ⟨100⟩ 6 мүмкін домендік күй және ромбоэдрлік фазадан ⟨111⟩ 8 мүмкін домендік күй энергия жағынан теңдей қолайлы, соның салдарынан ең көп дегенде 14 мүмкін домендік күйге мүмкіндік туады. Құрылымдық тұрғыдан ұқсас қорғасын скандий танталаты және барий стронций титанаты сияқты, қорғасын цирконат титанаты термографиялық камералар үшін салқындатылмаған қарама-қарсы массивты инфрақызыл бейнелеу сенсорларын жасау үшін қолданылуы мүмкін. Жұқа пленкалар (әдетте химиялық будың конденсациясы арқылы алынады) және массивті құрылымдар қолданылады. Қолданылатын материалдың формуласы әдетте Pb1.1(Zr0.3Ti0.7)O3 (қорғасын цирконат титанаты 30/70 деп аталады) шамасында болады. Оның қасиеттерін лантанмен қоспалау арқылы өзгертуге болады, нәтижесінде лантан қоспалы қорғасын цирконий титанаты (қорғасын цирконий титанаты, сондай-ақ қорғасын лантан цирконий титанаты деп те аталады), формуласы Pb0.83La0.17(Zr0.3Ti0.7)0.9575O3 (қорғасын цирконий титанаты 17/30/70).
One of the commonly studied chemical composition is |PbZr0.52Ti0.48O3. The increased piezoelectric response and poling efficiency near to x = 0.52 is due to the increased number of allowable domain states at the MPB. At this boundary, the 6 possible domain states from the tetragonal phase ⟨100⟩ and the 8 possible domain states from the rhombohedral phase ⟨111⟩ are equally favorable energetically, thereby allowing a maximum 14 possible domain states. Like structurally similar lead scandium tantalate and barium strontium titanate, lead zirconate titanate can be used for manufacture of uncooled staring array infrared imaging sensors for thermographic cameras. Both thin film (usually obtained by chemical vapor deposition) and bulk structures are used. The formula of the material used usually approaches |Pb1.1(Zr0.3Ti0.7)O3 (called lead zirconate titanate 30/70). Its properties may be modified by doping it with lanthanum, resulting in lanthanum doped lead zirconium titanate (lead zirconate titanate, also called lead lanthanum zirconium titanate), with formula |Pb0.83La0.17(Zr0.3Ti0.7)0.9575O3 (lead zirconate titanate 17/30/70).