Кварц пьезоэлектрические свойства

Пьезоэлектрические материалы при деформировании электрически поляризуются (прямой пьезоэлектрический эффект, или эффект Кюри), и на электродах, нанесенных на поверхность пьезоэлектрика, возникает пьезоэлектрический заряд. Приложение электрического напряжения к электродам вызывает их механическую деформацию (эффект Джоуля, или обратный пьезоэлектрический эффект). Пьезоэлектрическими свойствами обладают очень многие (почти все) кристаллические диэлектрики, однако у большинства из них пьезоэффект мал. Многие из пьезоэлектриков не нашли широкого применения из-за неудовлетворительных физико-механических свойств. В настоящее время созданы синтетические материалы, обладающие хорошими пьезоэлектри -ческими и механическими свойствами, которые вместе с естественным пьезо-электриком - кристаллическим кварцем - широко используют в акустике. Основные преимущества пьезоэлектрических преобразователей - высокая эффективность преобразования и простота крнструкции. Для описания свойств пьезоэлектрических материалов используют тензорные представления теории электроупругости. [c.90]

Большое применение находит и кристаллический Кварц, обладающий пьезоэлектрическими свойствами. Широко используют кварцевые ультразвуковые вибраторы и эталоны часто гы. [c.377]

Пьезоэлектрические свойства кварца обусловливают электризацию кристаллов, возникающую при сжатии (но не по направлению оптической оси) или изменении давления, под которым находятся кристаллы. И наоборот, если кристалл кварца поместить в переменное электрическое поле, то он станет источником колебаний. [c.27]

Низкотемпературная модификация (до 1143 К) называется кварцем. Кварц обладает пьезоэлектрическими свойствами. Природные разновидности кварца горный хрусталь, топаз, аметист. Разновидностями кремнезема являются халцедон, опал, агат яшма, песок. [c.467]

Прм Диоксид кремния - основа для получения кремния, производства обыкновенного и кварцевого стекла, а также необходимый компонент керамики и абразивных материалов. В виде песка диоксид кремния - давно известный строительный материал. Чистые прозрачные кристаллы кварца идут на изготовление линз и призм, пропускающих Уф - излучение. Для этих целей используется также кварцевое стекло. Пьезоэлектрические свойства кварца находят применение в приборах для генерации ультразвука. Бесцветные и различно окрашенные монокристаллы диоксида кремния -драгоценные камни. Из непрозрачного технического кварцевого стекла изготавливают крупногабаритную термо- и кислотостойкую химическую аппаратуру, муфели для электрических печей. Особо чистое прозрачное кварцевое стекло применяется для изготовления труб, аппаратов и емкостей для полупроводниковой техники и радиоэлектроники. Силикагель (частично обезвоженная студнеобразная кремниевая кислота) используется для адсорбционной очистки органических жидкостей - масел, жиров, бензина и керосина. Кроме того, он применяется для улавливания водяных паров и других летучих веществ. Крупнопористый силикагель - незаменимый носитель для многих катализаторов. [c.38]

Первые кристаллы, необходимые по размерам, для исследований, были получены В. П. Бутузовым в 1951 г. Из них изготовлялись пьезоэлементы среза БТ. Установлено, что пьезоэлектрические свойства синтетического кварца практически не отличаются от свойств природного. Результаты проведенных работ не нашли практического применения по ряду причин. Во-первых, не была достигнута воспроизводимость результатов вследствие недостаточной изученности внутренних температурных полей в автоклавах и процессов массопереноса. Во-вторых, считалось нецелесообразным снижать температуру кристаллизации, так как с переходом в область более низкой растворимости снижалась скорость роста кристаллов. В силу указанных обстоятельств опыты проводились в более высокотемпературной области, вплоть до 520 °С, что исключало возможность использования для наращивания затравок базисной ориентации. [c.6]

В процессе отработки и совершенствования промышленного метода синтеза были определены основные закономерности, контролирующие зависимость пьезоэлектрических свойств синтетического кварца от физико-химических условий перекристаллизации, найдены критические значения скоростей роста и ряда термобарических параметров, обеспечивающие получение высококачественных кристаллов на затравках различной ориентации, что позволило установить оптимальные режимы синтеза пьезокварца с заданным значением добротности. [c.12]

Кварц привлек к себе особое внимание во время второй мировой войны. Кристаллы кварца обладают пьезоэлектрическим свойством, означающим, что они могут вибрировать при приложении переменного электрического поля, причем вибрация характеризуется постоянной частотой, зависящей от размера изделия. Пластина, вырезанная из кристалла кварца, имеет характерную частоту, которая стабильна в чрезвычайно узком диапазоне при условии, что температура кварца остается постоянной. Вследствие этого кварцевая пластина— неотъемлемая деталь пьезокварцевого генератора, важного прибора в технике связи. Например, для уверенного приема длина несущей волны, излучаемой передатчиком, должна быть строго стабильной. В течение войны спрос на кристаллы кварца, необходимые для военных целей, превосходил предложение, что было обусловлено нарушением обычных для мирного времени торговых связей. [c.108]

Пьезоэлектрические свойства кварца широко используются в технике для стабилизации и фильтрации радиочастот, генерирования ультразвуковых колебаний и для измерения механических величин. [c.336]

Пьезоэлектрики — это кристаллические вещества, в которых при сжатии или растяжении в определенных направлениях возникает электрическая поляризащ даже в отсутствие электрического поля (прямой пьезоэффект). Следствием прямого пьезоэффекта является обратный пьезоэффект — появление механической деформации под действием электрического поля. Связь между механическими и электрическими параметрами (деформацией и электрическим полем) носит в обоих случаях линейный характер. В результате пьезоэлектрики могут принадлежать лишь к 20 точечным группам симметрии (из 32) 1, 2, 3, 4, 6, т, тт2, Зт, 4/и/и, 6/и/и, 222,4, 422, 42/и, 6, 622, 6/и2, 32, 23т, 3. Вещества с хорошо выраженными пьезоэлектрическими свойствами относят к числу пьезоэлектрических материалов. Среди них как монокристаллы, так и поликристаллические твердые растворы, подвергнутые предварительно поляризации в электрическом поле (пьезокерамика). Первое исследование было выполнено на кристаллах кварца. В дальнейшем пьезоэлектрические свойства были обнаружены более чем у 1500 веществ. [c.260]

Источником ультразвука для технического применения обычно служат кристаллы кварца, турмалина, титаната бария и др., обладаюш ие пьезоэлектрическими свойствами, или металлические стержни никеля, кобальта, железа, ряда сплавов, реализуемые в магнитострикционном методе получения ультразвука. [c.474]

Для изготовления пьезоэлектрических датчиков наиболее широко применяется кварц, сочетающий хорошие пьезоэлектрические свойства с большой механической прочностью, высокими изоляционными свойствами и независимостью пьезоэлектрической характеристики в широких пределах от изменения температуры. Как известно кварц 5Юг кристаллизуется в гексагональной системе, причем элементарной структурной ячейкой является шестигранная призма (фиг. 130). В кристаллах кварца различают продольную ось г — г, которая носит название оптической оси, ось х — л , проходящую через ребра призмы (электрическую ось), и оси у — у, проходящие через середины противолежащих граней (механические или нейтральные). [c.218]

Если из кристалла кварца вырезать параллелепипед так, чтобы его грани были расположены перпендикулярно осям у — у ц. х — х, то он будет обладать пьезоэлектрическими свойствами. Силы, приложенные к нему по направлению оси г — г, не вызовут электризации, [c.218]

Исследование кварца привело нас к заключению, что последействие его обязано пьезоэлектрическим свойствам этого материала на долю упругого последействия осталась неизмеримо малая часть. Для подтверждения полученных результатов, с одной стороны, и для оценки примененного здесь метода наблюдения последействия, с другой — я приведу некоторые опыты с истинным последействием. Представлялось наиболее желательным исследовать одно из тех стекол, которые подробно были изучены Г. Вайдма-ном в 1886 г. Однако фирма 7е1з8а не могла восстановить желаемый сорт стекла и взамен того доставила пластинки таких составов, которые на основании опытов Вайдмана должны были бы обладать ничтожным последействием. Действительно, одно из этих стекол под № 0102 (2610) показало сравнительно ничтожное последействие. [c.73]

Пластинки, вырезанные перпендикулярно осям X, V, Z, именуются х-, у-, %- срезами. Ориентировка остальных срезов определяется, как показано на рис. 227. Каждый срез характеризуется своей величиной пьезоэффекта, частотой колебаний и ее температурным коэффициентом. Некоторые срезы имеют специальные названия, например ж-срез в кварце принято называть срезом Кюри . Чтобы характеризовать пьезоэлектрические свойства среза, нужно произвести преобразование матрицы пьезомодулей от стандартной кристаллофизической системы осей к новой системе осей, связанной с пластинкой. При этом необходимо сначала перейти от матричной записи к тензорной. [c.263]

По матрице dij для класса 32 (см. табл. 39) видно, что при любом однородном напряжении компонента поляризации по оси Хз всегда равна нулю, так как ось Хз, т. е. ось 3 в классе 32, не полярна. Электрическими осями в кварце являются его полярные оси 2. Пьезоэлектрические свойства кварца характеризуются двумя пьезомодулями [c.265]

Поскольку релаксация энергии происходит в бинарных столкновениях, изменение давления вдвое (а следовательно, и скорости газокинетических столкновений) эквивалентно удвоению частоты согласно уравнениям (4.1) и (4.4) поэтому в уравнении (4.4) величина //р может быть использована в качестве переменной вместо Ббльшая часть имеющихся экспериментальных данных по временам релаксации получена методом акустического интерферометра более детально метод рассмотрен в работе [12]. 3 настоящее время это наиболее точная из имеющихся методик преимущество ее в том, что она требует только малых количеств газа, чистота которого может легко контролироваться (исключительная важность этого обстоятельства показана ниже). К недостаткам методики следует отнести трудность работы при темпера-тура х выше 500° С, так как кварц теряет свои пьезоэлектрические свойства при более высоких температурах. [c.219]

Кварц используется в различных областях техники, и большие его кристаллы часто выращивают искусственно. В частности, он является обычным исходным материалом при конструировании аппаратуры для получения ультразвуковых волн. Применимость кварца в этой области основана иа его пьезоэлектрических свойствах ( 2 доп. 90) — особом отношении вырезанной из кристалла пластинки к быстропере-мениому электрическому полю под его действием пластинка начинает периодически сжиматься и расширяться с частотой, равной частоте наложенного поля. Благодаря этому в окружающей пластинку среде возбуждаются волны, аналогичные обычным звуковым, но характеризующиеся иной частотой. [c.589]

Точка Кюри у обоих дигидроортофосфатов заметно понижается в присутствии ряда примесей (щелочные металлы, таллий, барий и др.). В последние годы было проведено большое число исследований сегнетоэлектрических свойств дигпдроортофосфатов калия, рубидия и цезия в связи с возможным их использованием при изготовлении небольших конденсаторов высокой мощности. Дигидроортофосфаты рубидия и цезия можно применять также в качестве пьезоэлектрических материалов, в которых электрический ток или полярность возбуждается давлением [318]. По механическим и пьезоэлектрическим свойствам дигидроортофосфаты находятся между кварцем и тартратом калия—натрия. По сравнению с кварцем их пьезоэлектрический эффект примерно в семь раз больше в отличие от тартратов они более устойчивы по отношению к влаге. Не менее важным представляется использование дигидроортофосфатов рубидия и цезия в качестве электрооптиче-ских модуляторов. Если требуется осуществить быстрый поворот пучка световых лучей под действием электрического тока, то кристаллы дигидроортофосфатов следует предпочесть обычной ячейке Керра. [c.129]

В пьезоэлектрических кристаллах поляризация и электрический заряд противоположных граней возникают под действием приложенного механического напряжения. Как и в случае сег-ието-и пироэлектриков, для возникновения пьезоэлектрических свойств, необходимо, чтобы кристалл относился к одной из нецентросимметричных точечных групп. Появление пьезоэлектрического эффекта определяется кро.ме кристаллической структуры материала еще и направлением приложенного напряжения. Так. например, в кварце поляризация возникает ири сжатии вдоль направления [ЮО] и отсутствует, если механическое напряжение направлено в.толь [001]. Возникающая поля-ри.аация Р и напряжение о связаны сооиюшением [c.122]

Кварц - первый материал, у которого обнаружены пьезоэлектрические свойства и который не утратил своего значения как материал для пьез о-преобразователей до настоящего времени. Пьезоэлектрическими свойствами обладают только кристаллический а-кварц плавленый аморфный кварц (кварцевое стекло) не является электромеханически активным. [c.93]

Пьезоэлектрики. В пьезоэлектрических излучателях используют свойство некоторых диэлектриков изменять свои линейные размеры под действием электрического поля. Пьезоэлектрическими свойствами обладают пластины из кристаллов кварца, турмалина, сегнетовой соли, титаната бария и др. Наибольшее распространение получили преобразователи из кварца и титаната бария в виду их большой механической прочности и, следовательно, возможности получения большей колебательной мощности без разрушения пластин. Недостатком кварца является сравнительно малый пьезоэффект, но преимущество его заключается в большей, чем у других пьезокристаллов, стабильности работы. [c.212]

Кристаллы кварца (и некоторые другие) обладают пьезоэлектрическими свойствами, они образуют электрические заряды на своих поверхностях при механических деформациях. В последние годы было установлено, что пьезоэлектрическими свойствами обладают в заметной степени титанат бария, цирконат свинца, метаниобат свинца. Эти керамические материалы весьма перспективны, ибо из них можно изготовить трансдуцеры любой формы. После искусственной поляризации они служат генераторами ультразвука. Когда пластина пьезоэлектрика находится в переменном электрическом поле, она излучает механические колебания, амплитуда которых зависит как от приложенного напряжения, так и от свойств самой пластины. Если приложенная частота совпадает с частотой собственных колебаний пластины, то амплитуда колебаний будет резонансной, т. е. наибольшей. В этом случае в энергию звуковых волн переходит значительная часть электрической энергии. Резонансная частота пластины обратно пропорциональна ее толщине. Пластина кварца толщиной 1 см имеет частоту 300 кгц. Таким образом, для частот > 100 кгц обычно используют пьезоэлектрические трансдуцеры. Ультразвук столь высокой частоты распространяется прямолинейно. Это является достоинством при лабораторных исследованиях, ибо дает возможность точно контролировать энергию ультразвука. Следовательно, эмульгирование ультразвуком может быть проведено при вполне определенных условиях. [c.46]

Искры возникают не только при соударении металлов, но и при ударе их о породу или породы о породу, причем в основе процесса искрообразования могут лежать не только химические превращения. Так, яркое свечение при ударе различных металлов (стали, бронзы и др.) о песчаник обусловлено пьезоэлектрическими свойствал содержащихся в нем кристаллов кварца [130]. [c.147]

Остерберг допускал существование б-модифи-кации кварца, которая теряет пиро- и пьезоэлектрические свойства ниже — 183J5 . Доберштейн нашел, что Р-кварц все еще устойчив при очень низких температу- [c.411]

Вопрос об упругом последействии в твердых телах привлекал внимание крупнейших ученых, таких, например, как Лангевелль и Больцман, которые сводили его к различным неоднородностям в строении этих тел. Отсюда следовало, что в соверпхенном монокристалле кварца последействие должно отсутствовать. В действительности, однако, оно наблюдалось в нем. Абрам Федорович, естественно, связал этот факт с пьезоэлектрическими свойствами кварца, незадолго до этого обнаруженными П. Кюри. При этом последействие можно было свести к сохранению деформации за счет электрической поляризации кварца, сопровождавшей эту деформацию, и медленного (ввиду чрезвычайно малой электропроводности кварца в обычных условиях) рассасывания возникающих электрических зарядов. Для проверки этой гипотезы Иоффе, вопреки Рентгену, попытался увеличить электропроводность кварца, освещая его лучами радия или Рентгена. Сам Рентген полагал на основании своих собственных опытов, что рентгенизация твердых диэлектриков не приводит к повышению их электропроводности. Первоначальные опыты А. Ф. Иоффе, казалось, подтвердили этот вывод. Дальнейшее настойчивое исследование, в котором Рентген отказывался принимать какое-либо участие, показало, однако, что предварительно рентгенизированные кристаллы кварца, калиевой соли и других непроводящих веществ приобретают способность увеличивать свою проводимость под влиянием видимого света. Сначала Абрам Федорович заметил это обстоятельство по совершенно, казалось бы, незакономерному колебанию электропроводности изучаемых кристаллов, [c.11]

Хотя В. Фойгт и Е. Рикке остановились на первом толковании, заключив, например, что 20% пироэлектричества турмалина вызваны не деформацией, а непосредственным влиянием температуры на элементарные диполи, однако ближайшее рассмотрение постановки опытов позволяет думать, что возможные погрешности из-за несовершенства изоляции и электризации при трении кристалла о масло достаточно объясняют эти 20%. Более совершенные опыты В. Лиссара над влиянием температуры на упругие и пьезоэлектрические свойства кварца могут быть объяснены и без гипотезы об истинном пироэлектричестве . Таким образом, можно утверждать, что гипотеза эта не получила опытного обоснования. [c.39]

При переходе а-кварца в р-кварц превращение обычно начинается во многих центрах. На фиг. 1.12 показана [31] проекция атомов кремния на плоскость (0001) для низкотемпературного а-кварца (а), высокотемпературного р-кварца (б) и возможного продукта охлаждения р-кварца до температур ниже 573°С (в). Надо отметить, что р-кварц имеет более высокую симметрию, чем а-кварц, и если переход начинается в двух точках (фиг. 1.12, в) по обе стороны от плоскости АВ, то следствием станет двойникование с плоскостью двойникования АВ, на которой встречаются растущие участки. Такой двойник, на ориентацию которого влияет структура материала, из которого он образуется, называют дофинейским двойником. В кварце двой-никованне по дофинейскому закону называют электрическим двойникованием, поскольку оно сопровождается изменением пьезоэлектрических свойств. Двойники повернуты друг относительно друга на 180° вокруг одного из направлений (0001). Оси кристаллов параллельны,, но полярность электрических осей обратная. Дофинейское двоййикование не влияет на оптические свойства кварца. [c.31]

Титанат бария, будучи наэлектризован, проявляет высокие пьезоэлектрические свойства, т. е. может превращать механическую энергию сжатия или [)асширения кристалла в электрическую. Пьезокристаллы титаната бария но многим характеристикам пре-посходят такие распространенные пьезоэлектрики, как кварц н сегнетова соль. [c.331]

Кварц обладает пьезоэффектом, т. е. способностью изменять свои геометрические размеры под действием электрического поля. Пьезокварцевая пластинка может быть заменена эквивалентным колебательным контуром,. параметры которого зависят от геометрических размеров пластинки, направления ее колебаний по отношению к кристаллографическим осям и от механических и электрических постоянных кварца. По добротности такой эквивалентный контур в сотни раз превышает лучшие электрические контуры. Пьезоэлектрические свойства кварца позволяют использовать его для стабилизации частоты генератора путем подбора пластинки с такими геометрическими размерами, собственная резонансная частота которой равна стабилизируемой По мере повышения частоты генератора приходится уменьшать толщину кварцевой пластинки при этом, с одной стороны, падает ее механическая проч ность н усложняется изготовление, а с другой—уху,дшается добротность кон тура, эквивалентного пластинке. Поэтому прп переходе к ультравь.сокнм ча стотам стабилизацию осуществляют резонансными короткозамкнутыми. 1И [c.189]

Кристаллические резонаторы. Сауербрей [303, 304] и Лостис [305] впервые исследовали возможность использования кварцевых кристаллических резонаторов для определения малых количеств осажденного вещества. Датчики с кристаллическими резонаторами для измерения толщины пленки имеют относительно простую конструкцию. При чувствительности, примерно равной чувствительности микровесов, они практически не боятся механических ударов и вибраций. По этой причине кристаллические резонаторы широко используют в настоящее время для контроля нанесения тонких пленок. В датчике с кристаллическим резонатором используют пьезоэлектрические свойства кварца. Резонатор представляет собой тонкую пластину кварца, к обеим поверхностям которой подведены электрические контакты. Такой резонатор включается в электронную схему генератора. Приложение переменного электрического поля приводит к возникновению колебаний кварцевой пластины по толщине. Резонансная частота этих колебаний обратно пропорциональна толщине пластины [c.145]

Пьезоэлектрические свойства, помимо кварца, наблюдаются у кристаллов сахара, сегнетовой соли KNa[ 4H40el-4H20, сульфата лития, фосфата, аммония и других веществ. [c.276]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология