การพัฒนาสร้างเครื่องมือทดสอบวงวนฮีสเทอรีซีสของค่าโพลาไรเซชันและสนามไฟฟ้าสำหรับวัสดุเฟร์โรอิเล็กทริก

Abstract

บทคัดย่อ

วัสดุเฟร์โรอิเล็กทริกมีบทบาทสำคัญในเทคโนโลยีใหม่ ๆ ในปัจจุบัน ได้แก่ โทรศัพท์เคลื่อนที่ อุปกรณ์กีฬา อุปกรณ์เครื่องมือด้านการแพทย์ และจอภาพดิจิตอล เป็นต้น ดังนั้นระบบการวัดทดสอบสมบัติของวัสดุเหล่านี้จึงมีความสำคัญยิ่ง งานวิจัยนี้เป็นการพัฒนาเครื่องมือสำหรับใช้ทดสอบ polarization-electric fields Loop ของวัสดุเฟร์โรอิเล็กทริกตามวิธีการของ Sawyer Tower โดยออกแบบวงจร high speed ADC ให้ทำงานร่วมกับไมโคร คอนโทรลเลอร์ตระกูล PIC เพื่อควบคุมการทำงานของ function generator และ high voltage amplifier แล้วนำข้อมูลสนามไฟฟ้า และประจุไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจากการวัดตัวอย่างส่งผ่านระบบ USB ส่งไปยังคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลเพื่อเก็บข้อมูลและประมวลผล โปรแกรมควบคุมไมโครคอนโทรลเลอร์ที่พัฒนาขึ้นนี้จะใช้โปรแกรมภาษา C และใช้โปรแกรม Visual Basic 6.0 ควบคุม ประมวลผลในคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล โดยระบบที่พัฒนาขึ้นนี้สามารถแสดงผลการวัดในรูปของกราฟ P-E และสามารถเก็บข้อมูลในรูปของแฟ้มข้อมูลเพื่อใช้ในการวิเคราะห์ทางทฤษฎีได้ในภายหลัง จากการทดสอบพบว่าเครื่องมือสามารถใช้งานภายใต้สนามไฟฟ้าสูงสุดที่ป้อนให้กับวัสดุตัวอย่างมีค่าไม่เกิน 5,000 โวลต์ต่อมิลลิเมตร วัดที่ค่าความถี่ไม่เกิน 4,000 Hz และอุณหภูมิไม่เกิน 150 องศาเซลเซียส ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อการเรียนการสอนและงานวิจัยด้านวัสดุศาสตร์เป็นอย่างยิ่ง 

คำสำคัญ : P-E loop measurement; ferroelectric property, dielectric property; piezoelectric material

Abstract

Ferroelectric materials play an important role in current new technologies such as mobile phone, sport equipment, medical device and digital display, etc. Therefore, the measurement systems for evaluating the properties of these materials are important.  In this work, Polarization-Electric Field loops measurement system was developed for determining the dielectric properties at high electric field strengths of ferroelectric materials. The Sawyer and Tower circuit was employed in this work. High speed ADC circuit incorporating with PIC microcontroller was designed in order to control a function generator and a high voltage amplifier. The C program and Visual Basic 6.0 were used for controlling the operating system. A sinusoidal test signal at a range of frequency up to 4,000 Hz and the electric field in the range up to 5,000 V/mm can be generated and applied to an electrode disk specimen, which is placed in a specimen holder designed to enable the specimen to be heated up to 150 °C. The polarization was calculated from the stored charge during the applied electric field, enabling the P-E hysteresis loop to be plotted and shown on the PC monitor. The P-E loops measurement system developed in this project work can be a very useful tool for researchers and students working in this field. 

Keywords: P-E loop measurement; ferroelectric property; dielectric property; piezoelectric material