تطبيق مواد السيراميك الكهرضغطية ذات درجة الحرارة العالية

1) الحالة البحثية للمواد الخزفية الكهرضغطية ذات درجة الحرارة العالية: SiO2 هي واحدة من أقدم المواد الكهرضغطية المطبقة على الأجهزة. نظرًا لتردد الرنين المستقر واستقرار درجة الحرارة الجيد، فإنه يستخدم على نطاق واسع في التحكم في الإنتاج وإدارة جميع أنظمة الاتصالات. في المكونات، مثل الساعات والمعالجات الدقيقة وما إلى ذلك. تحتوي سترات البزموت الرصاص (PN) على هيكل برونزي من التنغستن، وقيمة عامل الجودة الميكانيكية المنخفضة (Qm)، ونسبة عالية من d33 إلى d31، وتستخدم على نطاق واسع في الاختبارات غير المدمرة (NDT) ومجالات التشخيص الطبي. تتشابه نيوبات الليثيوم (LiNbO3) ونيوبات الليثيوم (LiTaO3) في البنية والأداء، وغالبًا ما يشار إليها على أنها بلورات لها بنية من نوع نيوبات الليثيوم. مع الكهرباء الانضغاطية الجيدة، والكهرباء الحرارية، والكهرباء الحديدية، والخصائص البصرية الكهروضوئية وغير الخطية، يتم استخدامها على نطاق واسع لتصنيع محولات الطاقة ذات درجة الحرارة العالية، والمرشحات، وكاشفات الأشعة تحت الحمراء الكهروضوئية، ومعدلات الليزر، ومجموعة متنوعة من الأجهزة الوظيفية مثل مضاعفات التردد.

2) السيراميك الكهرضغطي هو في الواقع سيراميك متعلق بالعازل الكهربائي الشفاف مستقطب مع تأثير كهرضغطية، وهو عبارة عن محول سيراميك أسطواني من مادة سيراميك بيزو مع تحويل متبادل للطاقة الميكانيكية والطاقة الكهربائية. باستخدام السيراميك الكهروضغطي لتحويل القوى الخارجية إلى طاقة كهربائية، يمكن تصنيع أجهزة الإشعال الكهرضغطية، وإمدادات الطاقة المتنقلة بالأشعة السينية، وصواعق القذائف؛ يمكن استخدام السيراميك الكهرضغطي لتحويل طاقة الموجات فوق الصوتية إلى اهتزازات فوق صوتية، والتي يمكن استخدامها للعثور على موضع الأسماك تحت الماء. والشكل والاختبار غير المدمر للمعادن والتنظيف بالموجات فوق الصوتية يمكن أيضًا إجراءه في مجموعة متنوعة من القواطع بالموجات فوق الصوتية ومعدات اللحام ومكواة اللحام ومعالجة البلاستيك وحتى المعدن. السيراميك الكهرضغطي حساس للغاية ويمكنه تحويل الاهتزازات الميكانيكية الضعيفة للغاية إلى إشارات كهربائية. ويمكن لهذه الحساسية أن تستشعر إزعاج الحشرات الطائرة التي ترفرف بأجنحتها لأكثر من عشرة أمتار. يمكن استخدامه لأنظمة السونار، والكشف عن الأرصاد الجوية، والقياس البيئي عن بعد، والتنبؤ بالزلازل.

3) تعتبر البوليمرات الكهرضغطية لمحولات الطاقة الخزفية ذات الأقراص الكهرضغطية مواد مثالية لأجهزة الاستشعار الآلية. يتميز بخصائص مقاومة التآكل، الوزن الخفيف، الحساسية العالية، المعاوقة الصوتية المنخفضة، سهولة التثبيت على الأسطح المعقدة، السعر المنخفض، ونطاق التردد الواسع. تشتمل المستشعرات التي تستخدم الوظائف الكهرضغطية على أجهزة استشعار اللمس، وأجهزة استشعار التسارع، وأجهزة استشعار القرب (أجهزة استشعار المسافة). تشتمل المستشعرات التي تستخدم الوظائف الكهروحرارية على أجهزة استشعار القرب (أجهزة استشعار السلامة)، وأجهزة استشعار الاتصال (الموزعة)، وأجهزة استشعار تحديد المواد، وكاميرات الأشعة تحت الحمراء.

4) إن تطبيق المواد المركبة من الألياف الكهرضغطية يحتوي على تقليل الاهتزاز الهيكلي، ويمكن تصميم المواد المركبة من الألياف الكهرضغطية من محرك الاستشعار وتطبيقها على تحديد استجابة التردد للحزمة. تُستخدم هذه المادة في نظام التخميد للذيل العمودي للطائرة من أجل قمع الاهتزاز الناتج أثناء الطيران واختبار أداء مركب الألياف الكهرضغطية في التحكم النشط في اهتزاز الذيل. تظهر نتائج الاختبار أن المادة تتمتع بأداء جيد في الاستشعار والقيادة، وأن تأثير التخميد أفضل من تأثير محولات الطاقة الخزفية الضغطية.

5) تطبيق محول الطاقة الخزفي الأسطواني بالموجات فوق الصوتية في تكنولوجيا التشغيل الذاتي للأجهزة الإلكترونية الدقيقة. نظرًا لخصائص التحويل الكهروميكانيكية الفريدة للمواد الكهروضغطية، فإن العديد من مجمعات الطاقة تستخدم مواد كهرضغطية (عناصر) كمكونات لتحويل الطاقة وإخراجها. من خلال تفاقمها مع آليات مادية أخرى، يمكن للمواد الكهرضغطية أيضًا تحويل أشكال الطاقة بخلاف الطاقة الميكانيكية إلى مخرجات طاقة كهربائية لأشكال متعددة من حصاد الطاقة. تُستخدم المواد الكهرضغطية في الهياكل المرنة على نطاق واسع في الاهتزاز والقياس والتحكم بسرعة متزايدة نظرًا لخصائصها الفريدة. على جانب الاستشعار والتحكم في الهياكل الذكية مع نظام جانب التحكم المتكامل، يتم استخدام المواد الكهرضغطية. يمكن الحصول بسهولة على مراقبة الاستجابة الدقيقة للهيكل المرن، بحيث يمكن التحكم فيه بشكل فعال.

6) المحول الكهرضغطي هو جهاز إلكتروني ذو حالة صلبة يعتمد على التأثير الكهرضغطي. إنه يستخدم التأثير الكهرضغطي الإيجابي والتأثير الكهرضغطي العكسي لمادة السيراميك الكهرضغطية لإكمال التحويل المتبادل بين الطاقة الميكانيكية والطاقة الكهربائية، وتحقيق تحويل الجهد العالي والمنخفض. أحد التطبيقات الأكثر شيوعًا للمحولات الكهرضغطية هو تشغيل CCFL (مصباح الفلورسنت ذو الكاثود البارد). محول DC-DC أخف بكثير من المحول الكهرومغناطيسي التقليدي، ويمكن تحسين كثافة الطاقة وكفاءتها بشكل كبير. يتمتع المحول الكهربائي بمزايا كثافة الطاقة العالية، وعزل التيار العالي، والتداخل الكهرومغناطيسي المنخفض، وما إلى ذلك، ويمكن أن يحل محل المحول الكهرومغناطيسي في بعض مجالات التطبيق. الاستفادة الكاملة من مزاياه، ليس فقط يمكن تحقيق تصغير المحول، ولكن أيضًا حل الوجود في إلكترونيات الطاقة. مشاكل التداخل الكهرومغناطيسي (EMI).

7) المحركات الكهرضغطية هي أجهزة تستخدم تأثيرات ميكانيكية عكسية لتكوين محركات أو أدوات تحكم ميكانيكية. نظرًا لأن محولات الطاقة الكهرضغطية المستقطبة بالموجات فوق الصوتية تتمتع بمزايا الاستجابة السريعة والدقة العالية ومقاومة التداخل، فإن جهاز القيادة والتحكم الذي تم إنشاؤه بواسطة الجسم الكهرضغطي لديه بنية بسيطة ورد فعل سريع. يتضمن جهاز القيادة والتحكم الكهرضغطي الذي تم تطويره في الوقت الحاضر بشكل أساسي محركًا بالموجات فوق الصوتية ودقة وما إلى ذلك، وقد تم تطبيقه بنجاح في العديد من المجالات مثل الدفاع والطب الحيوي والإلكترونيات الضوئية.

دور المواد الكهروضغطية في أنظمة المواد الذكية، مثل مشغلات السيراميك الانضغاطية، والتي يمكن استخدامها أيضًا كأجهزة استشعار في أنظمة وهياكل المواد الذكية. لأن السيراميك الكهرضغطي والبوليمرات الكهرضغطية عبارة عن إشارات كهربائية قابلة للقياس للضغوط المطبقة. أحد التطبيقات المهمة للألياف الكهروضغطية هو تصنيع مركبات الألياف الكهرضغطية (PFCs)، والتي هي مزيج من الاستشعار والقيادة. يعد الهيكل التكيفي لأنظمة وهياكل المواد الذكية أحد الميزات التي يمكن تكييفها. وهو تحقيق الشكل الهيكلي والتحكم في الاهتزاز. وهذا أمر حيوي للطيران والمركبات الفضائية. توفر مركبات الألياف الكهرضغطية (PFC) مادة جيدة للهياكل التكيفية. بالإضافة إلى تطبيقات تقليل الضوضاء المثبطة، من أجل تحقيق تصغير أجهزة الاستشعار والمحركات وصنع أشكال معقدة، من المرغوب فيه دمج التقنيات في صناعة أشباه الموصلات، مثل الطباعة الحجرية. من أجل تسهيل إجراء الطباعة الحجرية على عناصر القرص الكهرضغطية، من الممكن دمج مادة بوليمر يسهل إصلاحها بالأشعة فوق البنفسجية في عملية صب الشريط الخزفي، والتي يمكن استخدامها في هيكل صفائح سيراميك تم إعداده بواسطة نظام مواد ذكي. يمكن استخدام الجمع بين وظائف الاستشعار والقيادة مع نظام التحكم لترسيب فيلم سيراميك إلكتروني على دائرة متكاملة من السيليكون.

تم استخدام المواد الكهرضغطية على نطاق واسع في مجالات المعلومات والبيولوجيا والجيش والطاقة الجديدة. مع تطور العلوم والتكنولوجيا الحديثة، والتحسين المستمر لتكنولوجيا المواد الكهرضغطية، يُعتقد أن المواد الكهرضغطية سوف تنتشر في كل ركن من أركان الحياة اليومية للناس. علاوة على ذلك، فإن تكنولوجيا تحضير المواد الكهرضغطية وتطوير تطبيقاتها ستظل موضوعًا ساخنًا مثيرًا للقلق.