플라즈마 - 7.8 압전성(신지원)

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7.8 압전성, 강유전성, 초전성 현상학
7.8.1 압전성
결정에
기계적인 압력을 줄 때 전기분극(또는 전계) ,
전계가 주어질 때 일그러짐, 왜곡 (또는 응력) 이 발생
Ex) 석영(결정체 : Si2 )과 BaTi3
압력,전계 X
전계에 의한 응력
-> 분극 유도
결정이 왜곡
(결정이 압축됨)
응력 <전계 방향에 의존
12111313 신지원
7.8.1 압전성
압전 결정 - 대칭의 중심점이 없는 결정구조
정방단위 셀의 경우, 단위 셀은 비중심대칭
A
y
(a) 응력 없을 때,
음전하 질량 중심
= 양전하 질량 중심
A'
x
P=0
O
B
P
B'
A''
(a)
P=0
P
B''
(c)
(b)
(b) 압력을 가할 때,
양전하와 음전하 A’ , B’로
재배치
- 질량의 두 중심 이동
-> 새로운 순분극 P
-> P: 가해준 압력의 방향
(c) x 축으로 압력
-> y 방향으로 질량 중심
이동
-> 다른 결정 방향으로
유도분극
12111313 신지원
7.8.1 압전성
Piezoelectric Effect <압전 효과>
Pi = dij Tj
Pi = induced polarization along the i direction, dij = piezoelectric
coefficients, Tj = mechanical stress along the j direction
Converse Piezoelectric Effect
<역 압전 효과>
Sj = dij Ei
Sj = induced stain along the j direction, dij =
piezoelectric coefficients, Ei = electric field along the i
direction
7.8.1 압전성
<압전 변환기>
1. 압전결정은 전기적 신호나
Elastic
전계를 기계적 신호로 변형
waves in the
시키거나 반대로 변환시킬
solid
Piezoelectric
수 있기 때문에 필수적인
transducer
전기기계적 변환기
Mechanical
vibrations
1.
압전 변환기
- 고체에서 초음파 발생 및
기계적인 파 검출
A
B
- 왼쪽 변환기 : 교류 전원 의
해 여기, 기계적 진동
Oscillator
Oscilloscope
- 오른쪽 변환기 : 고체를 매
개체로 한 반사파 도달
하여 진동
-> 전기 신호로 변환
7.8.2 압전성 ; 석영 발진기와 필터
(a) 교류 전원
의한 여기
-> 기계적 진동
(b) 교류 전원에
직렬 RLC회로
연결 회로 처럼
작동
L : 변환기의 질량
C: 단단함
R: 기계적 댐핑 인
한 손실
(c)A,B사이 임피던스 Z크기의 주파수 의존도
(석영 결정의 양 단자간의 임피던스 -> 주파수 의존도 가짐)
(d) 주파수 따른 A와 B간 리액턴스
 와  사이 결정 – 유도성, 범위 밖 – 전도성
7.8.3 강유전성과 초전도성 결정
강유전성 물질 :
결정 안의 양,음전하 분리로 인해 분극 방향을 이미 가지는 물질
강유전성 결정 => 압전성
그러나, 모든 압전성 물질이 강유전성 가지지 않음.
1. 티탄산바륨 결정에 y 축 방향으로 힘이 가해지면 티타늄 이온 위치 -> y축으
로 늘어남 -> y방향으로의 분극에서 P의 변화
(가해 준 힘이 분극의 변화 유도 => 강유전성 효과)
2. X 방향으로 압력 -> y 방향 분극 변화
=> 분극의 변화는 압력에 비례 : 압전 효과 특징
7.8.3 강유전성과 초전도성 결정
<초전현상>
Temperature change = T
Heat
P
온도변화는 결정의 분극 변화를 유도 : 초전성
효과의 크기는 초전 상수 p에 의해 정량화 된다.
V
7.8.3 강유전성과 초전도성 결정
<압전 감지기>
(초전 복사 감지기)
Intensity
Absorbing
surface of area
A
High input resistance
a
amplifier
b
v(t)
t
A
Response to constant radiation
L
Chopped radiation
B
t
Response to chopped radiation
Reflecting
surface
t

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