Elektronika va asbobsozlik

11 - MA’RUZA.


Mavzu:P’ezo elektrik materiallar.


Reja:
1.P’ezo elektrik materiallar.
2.Elektretlar.


Tayanch iboralar: p’ezoelektriklar, dielektrik, segnetoelektriklar, fotoelektretlar, elektretlar


15-rasm

P’ezoelektrik materiallar aktiv dielektriklar qatoriga kiradi, ular to‘g‘ri va teskari p’ezoeffektlar beradi. To‘g‘ri p’ezoeffekt shundan iboratki, p’ezoelektrik materialdan qilingan plastina siqilganda yoki cho‘zilganda uning qarama-qarshi sirtlarida qarama-qarshi ishorali elektr zaryadlar hosil bo‘ladi. Bu hodisa p’ezoelektrikning qutblanishi natijasida sodir bo‘ladi. Teskari p’ezoeffekt p’ezoelektrik plastinaga o‘zgarmas kuchlanish berilganda uning deformatsiyalanish hodisasidan iborat. O‘zgaruvchan kuch­lanish berilganda p’ezoelektrik plastina shu kuchlanish chastotasida tebranadi.

Teskari p’ezoelektrik effekt hodisasidan radiotexnikada yuqori chastotali tebranishlarni barqarorlashtirish uchun, to‘g‘ri p’ezoeffektdan esa bosim datchiklarida, tovush qabul qilgichlarda va boshqa maqsadlarda foydalaniladi.
P’ezoelektrikning asosiy xarakteristikasi uning p’ezomoduli d bo‘lib, bu kattalik p’ezoelektrikda unga biror yunalishda qo‘yilgan mexanik kuch ta’sirida hosil bo‘lgan elektr zaryad miqdorining shu kuch kattaligiga nisbatini ifodalaydi. P’ezomodul kulon taqsim Nyuton (Kl/N) hisobida ifodalanadi.
P’ezoelektriklar — kristall materiallar (monokristallar va polikristallar tuzilishiga ega bo‘lgan moddalar) bo‘lib, tabiiy (kvars, turmalin) va sintetik (segnet tuzi, bariy titanat va b.) bo‘lishi mumkin.
Tabiiy kvars SiO₂ uchlari olti qirrali piramidalar bilan tugallangan olti qirrali prizmalar shaklidagi katta yarimshaffof kristallardan iborat. Kvars kristalida x, u, z bosh o‘qlar deb qaraladi. Elektr o‘qi deb qaraladigan uchta x o‘qi oltiburchaklikning ko‘ndalang kesimi uchlari orqali o‘tadi. Mexanik o‘q deb qaraladigan uchta u o‘qi shu oltiburchaklikning tomonlariga tik joylashgan. Optik o‘k z esa kvars kristali tugallanadigan piramidalarning uchlari orqali o‘tadi.
Kvarsning elektr xarakteristikalari shu narsa aniqlanishi kerak bo‘lgan kristallografik o‘k yo‘nalishiga bog‘liq ravishda o‘zgarib turadi. Masalan, z o‘ki yo‘nalishi bo‘yicha: r_=10¹²Om_*m; _r=4,58; tg=0,0003; x va u o‘qlari yo‘nalishida: r_=10¹⁴Om_*m; _g=4,41; tg=0,0002. Kvars kristalining zichligi 2650 kg/m³, suyuqlanish temperaturasi 1713°S.
Agar kvars kristalidan kirralari x, u, z o‘qlariga parallel qilib plastina qirqib olib, uni x yoki u o‘qi bo‘yicha cho‘zsak shu o‘qda tik joylashgan yoqlarida bir xil miqdorda biroq qarama-qarshi ishora­li elektr zaryadlari hosil bo‘ladi (to‘g‘ri p’ezoeffekt). Plastina x elektr o‘qiga tik ravishda qirqib tayyorlangan bo‘lsa, eng ko‘p elektr zaryad hosil bo‘ladi. Shunda kvars plastinaning p’ezomoduli eng katta qiymatga ega bo‘ladi (d=2,3_*10^-12 Kl/N).
Tabiiy kvarsning kristallaridan olmosdan yasalgan maxsus keskich yordamida p’ezoelement zagotovkalari kesib olinadi va keyin ular silliqlanadi. Kvars plastinkasining qarama-qarshi sirtlariga metall elektrodlar qoplanadi, hosil qilingan p’ezoelementning xossalarini barqarorlashtirish maqsadida ular yuqori temperaturalarda sun’iy eskirtiriladi.
Segnet tuzi NaKS₄N₄O₆•4N₂O — fransuz olimi P.Segnet topgan, u 55°S da yumshaydigan va suvda eriydigan monokristall dielektrik hisoblanadi. Segnet tuzining segnetoelektrik xossalari faqat bitta kristallografik o‘q yo‘nalishida namoyon bo‘ladi. Segnet tuzi namunasi buralganda p’ezoeffekt kuzatiladi.
Segnetoelektriklarning o‘ziga xos xususiyatlari quyidagilar: dielektrik singdiruvchanlik qiymati katta bo‘lib, u bir necha minggacha yetadi; dielektrik singdiruvchanligi qo‘yilgan kuchga (kuchlanishiga) bog‘liq; segnetoelektrik xossa­lari ma’lum temperaturalar oralig‘ida —Kyuri temperaturasi (Tk) dan past temperaturalarda kuzatiladi; to‘g‘ri va teskari p’ezoeffekt mavjud, teskari p’ezoeffekt faqat tashqi elektr maydon ta’sirida oldindan qutblantirilgan namunalardagina kuzatiladi; elektrik gisterezis bor, elektr za­ryad Q segnetoelektrikka qo‘yilgan U kuchlanishdan orqada qoladi.
Keramik segnetoelek­triklar qizishga chidamli, me­xanik mustahkam, nogigroskopik va tayyorlash texnologiyasi sodda ekani bilan ajralib turadi. Keramik segnetoelektriklar ichida bariy titanat va TiO₃ amalda ko‘p qo‘llaniladi. Bu segnetoelektrik ke­ramik texnologiya bo‘yicha bariy oksidi va titan dioksididan iborat massadan olinadigan poli­
16-rasm
kristall materialdir. Bundan mo­nokristall bariy titanatini ham olish mumkin 16-rasmda bariy titanatning dielektrik
singdiruvchanligi temperaturaga kanday bog‘langanligi ko‘rsatilgan.
Grafikda Kyuri temperaturasi (T_k) belgilab qo‘yilgan, u bu material uchun 120°Sga teng. Bariy titanat T_k dan past tem­peraturalarda segnetoelektriklarning hamma xossalariga ega bo‘lib, T_k dan yuqori temperaturalarda bu xossalar yo‘qoladi.
38- rasmda bariy titanat dielek­trik singdiruvchanligining elektr maydon kuchlanganligiga Ye ga bog‘liqligi tasvirlangan.
D ielektrik singdiruvchanlik qo‘yilgan kuchlanish qiymatining ortishi bilan uning dielektrik singdi­ruvchanligining, demak sig‘imining orta borishi hodisasi faqat segnetoelektriklarga xos xususiyatdir. Ularning bu xossalaridan dielektrik kuchaytirgichlarda foydalaniladi.
Keramik segnetoelektriklardan tayyorlangan p’ezoelementlar metall elektrodlar qoplangan silliqlangan plastinkalardan iborat. Bu plastinkalar P’ezoelektrik xossalarga ega bo‘lishi 17-rasm
uchun ularga o‘zgarmas kuchla­nish berib qutblantirib olinadi, bunda kuchlanish qizdirilgan plastinkaga beriladi. Plastinkalarning qizdirilish temperaturasi Kyuri temperaturasiga yaqin bo‘lsa, maqsadga muvofiq bo‘ladi. Bunday sharoitda plastinkalarda stentan (o‘z-o‘zidan) qutblanish jarayoni eng yuqori tezlikda ro‘y beradi, ya’ni qo‘yilgan kuchlanish ta’sirida domenlarning eng ko‘p qismi orientatsiyalanib qoladi. Masalan, bariy titanat p’ezoelementlari neft moyida 115°Sgacha qizdirilib Ye=11,5 MV/m o‘zgarmas elektr maydon kuchlanishida qutblantiriladi.
Hozirgi vaqtda bariy titanatdan tashqari ko‘plab segnetokeramik materiallar yaratilgan; kadmiy titanat SbTiOz, qo‘rg‘oshin titanat RbTiO₂, litiy niobat LiNbO₃ va boshqalar. Bu segnetoelektriklar bir-biridan asosan Kyuri temperaturasi qiymati bilan farq qiladi. Masalan, bariy titanat uchun T_k=+120 °S, kadmiy titanat uchun T_k=+223 °S, litiy niobat uchun esa T_k=+450 ⁰S,
Bir segnetokeramik moddaning boshqasidagi qattiq qorishmasi eng yaxshi P’ezoelektrik xossalarga ega bo‘ladi.
Shunday materiallar qatoriga qo‘rg‘oshin sirkonatning qo‘rg‘oshin titanatdagi qattiq qorishmasi Rb (Zn,Ti)O₃ kiradi va u qo‘rg‘oshin sirkonattitanati (KST) deb yuritiladi. Bu birikmalarga modifikatsiyalovchi qo‘shilmalar qo‘shilsa,

5-jadval

xarakteristikalari keng oraliqda o‘zgaradigan segnetoelektrik materiallar olinadi.
7-jadvalda kvars va keramik segnetoelektriklarning asosiy elektr xarakteristikalari keltirilgan. Segnetoelektrik materiallarning dielektrik singdiruvchanligi juda katta bo‘lishi ulardan kichik o‘lchamli past chastotali kichik kuchlanishga mo‘ljallangan kondensatorlarni tayyorlashga imkon beradi, chunki bu materiallarning si nisbatan katta, elektr mustaxkamligi esa nisbatan kichikdir. 7-jadvaldan ko‘rinadiki, segnetokeramik materiallarning p’ezomodullari kvarslarnikidan ancha yuqori.

2. Elektretlar

Elektretlar elektrlangandan va qutblantirilgandan so‘ng uzoq vaqt elektr zaryadini saqlaydigan va elektr manbai bo‘lib xizmat qila oladigan qattiq dielektriklardan iboratdir.
Elektretlar yupqa plastinkalar shaklida tayyorlanadi. Elektret plastinkasining qarama-qarshi tomonlarida (sirtlarida) kattaligi birday, biroq ishoralari qarama-qarshi bo‘lgan elektr zaryadlar to‘plangan bo‘ladi.
Elektretning asosiy xarakteristikasi elektr zaryadining sirt zichligi  bo‘lib, u kulonning elektret plastinkasi sirti birligiga nisbati orqali ifodalanadi, ya’ni Kl/m². Elektretlarning sirt zaryad zichligi qiymatlari =10^-8 10^-6 Kl/m² oralikda bo‘ladi.
Elektret olish uchun ko‘pgina qattiq dielektriklardan foydalanish mumkin. Biroq o‘z zaryadini uzoq muddat saqlay oladigan elektretlarni tayyorlash uchun solishtirma hajmiy elektr qarshiligi yuqori bo‘lgan dielektriklar qo‘llaniladi (6-jadval).
6-jadval

Jadvalda keltirilgan elektretlardan tashqari organik va noorganik dielektriklardan, shuningdek shisha, slyuda va boshqalardan iborat ko‘p komponentli Elektretlar ham qo‘llani­ladi.
Elektretlarni, shuningdek kuchli qizdirilgan dielektrikka tashqi elektr maydon ta’siri va shu maydonda uni sovitish natijasida ham hosil qilish mumkin. Dielektrik qizdirilganda uning dipolp qutblanishi osonlashadi va qutblantirilayotgan dielektrik sirtida elektr zaryadlarning to‘planishini yuzaga keltiradi. Dielektrik tashqi elektr maydonida sovigandan so‘ng uning sirtida ma’lum yo‘nalishda turib qolgan dipollar va to‘plangan zaryadlar saqlanib qoladi. Bunday ishlov berish natijasida termoelektretlar hosil bo‘ladi.
Fotoelektretlar o‘zgarmas kuchlanish berilgan dielektrikka katta quvvatli yorug‘lik manbaini ta’sir ettirish, natijasida olinadi. Elektr zaryadlar yorug‘lik va elektr kuch­lanish ta’sirida dielektrikning ichidan uning sirtiga oqib chiqadi. Yorug‘lik va elektr kuchlanishining ta’siri to‘xtatilgandan so‘ng elektretning qarama-qarshi sirtlarida to‘plangan zaryadlar saqlanib qoladi.
Shuningdek dielektrikka radioktiv nurlanishini ta’sir ettirish, masalan, dielektrik sirtiga tez elektronlar yog‘dirish yoki vakuumda dielektrikka kuchli elektr maydon ta’sir ettirish yo‘li bilan ham elektretlarni hosil qilish mumkin.
Shu usullarda olingan hamma elektretlarda sirt zaryad zichligi kamayadi, keyin esa barqarorlashadi.
Barqarorlashgan elektretlar o‘nlab yillar davomida elektr manbai bo‘lib xizmat qilishi mumkin. Temperatura, namlik va radiatsiya nurlari elektretlarnig elektr xossalariga ta’sir qilishini hisobga olish lozim. Elektretlar kri­tik temperaturagacha qizdirilganda ulardagi zaryadlar sochilib, elektretlik xossalari yo‘qoladi. Elektretlarning kritik temperaturalari ularning tarkibiga bog‘liq ravishda 50 dan 120°S gacha oraliqda bo‘ladi.
Elektretlarga namlikning ta’siri qaytuvchan, ya’ni qurigandan so‘ng asl holiga keladi. Namlik 90% gacha ortganda elektretdagi sirt zaryad zichligi deyarli nolgacha kamayadi, biroq namlik kamayishi bilan dastlabki holigacha qayta tiklanadi. Radiatsiya ta’sirida ham xuddi shunday manzara kuzatiladi. Radiatsiya ta’siri to‘xtashi bilan elektretning elektr xossalari qayta tiklanadi.
Elektretlar EXMlarning xotira qurilmalarida, o‘zgartkichlarda, mikrofonlarda, titrashlarni o‘lchash uchun mo‘ljallangan asboblarda va boshqalarda qo‘llaniladi. Yangi, bundan ham barqaror elektretlar ishlab chiqarilishi bilan ularning qo‘llanilish sohalari kengaya boradi.

Tekshirish uchun savollar.

1.Polietilenlarning asosiy xossalari va ularning radiotexnikada qo‘llanilish sohalari hakida gapirib bering.
2.Ftoroplast-4 va uning asosida tayyorlangan dielektriklarning xarakterli xossalarini aytib bering.
3.Qatlamli izolyatsion plastmassalar nima va ular radioapparaturalarning qaysi qismlarida ishlatiladi?
4.Radiokera­mik materiallar nimadan iborat va ular qanday asosiy guruxlarga bo‘linadi.
5.P’ezoelektriklar qanday o‘ziga xos xususiyatlarga ega?
6.Shishalar, sitallar va kermetlar nimadan iborat va ular bir-biridan nimasi bilan farq qiladi?
7. Elektretlar nima va ular qanday o‘ziga xos xususiyatlarga ega?

Adabiyotlar:

1)K.P.Bogorodiskiy, V.V.Pasinkov, “Elektrotexnicheskiy materiali”1985g

2)I.Xolikulov,M.M.Nishonova”Elektron texnika materiallari“ Toshkent shark 2006y
3)N.V.Nikulin, V.A.Nazarov ”Radiomateriallar va komponentlar “ Toshkent