تطبيق المواد الكهروضغطية والتأثيرات الكهرضغطية

2 تصنيف المواد الكهرضغطية
شهدت المواد الكهرضغطية العديد من الإنجازات في بلورات الكوارتز، والسيراميك الكهرضغطي، والبوليمرات الكهرضغطية، والمركبات الكهروضغطية. يتم عرض الأنواع الرئيسية للمواد الكهرضغطية لفترة وجيزة.

1) كريستال السيراميك الكهرضغطي.
البلورات الكهرضغطية هي المواد المستخدمة في التأثير الكهرضغطي المبكر، وبشكل أساسي بلورات الكوارتز (SiO2)، والبلورات الكهرضغطية القابلة للذوبان في الماء (طرطرات الصوديوم والبوتاسيوم) وبلورة نيوبات الليثيوم. نظرًا للأداء المستقر للبلورة المفردة الكهرضغطية، فإن التكلفة مرتفعة. فقط للأدوات القياسية أو أجهزة الاستشعار ذات المتطلبات العالية الدقة. لقد حل تطور تكنولوجيا السيراميك الكهرضغطية محل اتجاه المواد المذكورة أعلاه تدريجيًا. ومع ذلك، في السنوات الأخيرة، قام الباحثون من مختلف البلدان بالكثير من العمل لتطوير مواد كهرضغطية بلورية جديدة. في الوقت الحاضر، كهرضغطية كريستال واحدة تم تطوير قرص سيراميك بيزو بحد أقصى 2600pc/N وk33 يصل إلى 0.95، ويمكن أن تصل كثافة تخزين الطاقة إلى 130J/kg، وهو أكثر من 10 أضعاف كثافة تخزين السيراميك الكهرضغطي. تم إجراء أبحاث حول عملية إنتاج المواد الكهرضغطية، ومن المؤكد أن نجاح الإنتاج الضخم سيؤدي إلى توسيع نطاق تطبيق المواد الكهرضغطية.

2) مادة كهرضغطية تعتمد على PbTiO3.
تم استخدام المواد الكهرضغطية PbTiO3 (المشار إليها باسم PT) على نطاق واسع في تصنيع مكونات السيراميك الكهرضغطية عالية التردد ودرجة الحرارة العالية. في الوقت الحاضر، تم إجراء بعض الأبحاث على هذه المادة، خاصة في تحضير مسحوق النانو PbTiO3، بما في ذلك إنتاج المواد الخام وطرق الإنتاج وعمليات التصنيع. أدى تنوع المواد الخام والتحديث المستمر لعمليات التصنيع إلى تحسين أداء PbTiO3 بشكل مستمر. في الوقت الحاضر، تم استخدام المادة على نطاق واسع في اختبارات محولات الطاقة والموجات فوق الصوتية والاختبارات الصناعية غير المدمرة.

3) السيراميك الكهرضغطي.
السيراميك الكهرضغطي عبارة عن مواد كهرضغطية متعددة البلورات مصنعة صناعيًا. لقد أتاح تطور تكنولوجيا المعالجة إمكانية تقليل حجم السيراميك الكهرضغطي إلى أقل من ميكرون، بحيث يمكن جعل الركيزة أرق ويظهر السيراميك الكهرضغطي ذو الحبيبات الدقيقة. تعمل هذه المادة على زيادة تردد المصفوفة وتقليل فقدان المصفوفة، ولكنها تقلل أيضًا من تأثيرات التأثير الكهرضغطي. أدى تطور تكنولوجيا النانو إلى تحسين التأثير الكهرضغطي للسيراميك الكهرضغطي ذو الحبيبات الدقيقة، وتأثيره الكهرضغطي مشابه لتأثير السيراميك الكهرضغطي ذو الحبوب الخشنة. في الوقت الحاضر، يعد البحث والتطوير للمواد الخزفية الكهرضغطية موضع اهتمام جميع البلدان.

3 تطبيق التأثير الكهرضغطي
لقد تم استخدام تكنولوجيا التأثير الكهرضغطي على نطاق واسع في تصنيع محولات الطاقة والمشغلات وأجهزة الاستشعار المختلفة. من الأمثلة النموذجية لتطبيق التأثيرات الكهرضغطية في محولات الطاقة هو تطبيق التأخير الزمني للإشارة الكهربائية. في الماضي، كان خط التأخير الذي تم تصنيعه بواسطة خط النقل كبيرًا من حيث الحجم، وكان فقدان الإشارة كبيرًا أثناء الإرسال. يتم توصيل محول الطاقة الكهرضغطية بمحول الإرسال ومحول الطاقة المستقبل على وسط صلب، ويتم إرسال الإشارة الكهربائية من خلال التأثير الكهرضغطي العكسي. يتم تحويل الإشارة إلى إشارة صوتية ونشرها في وسط صلب. وبعد فترة من الوقت، يتم تحويل الإشارة الصوتية إلى إشارة كهربائية بواسطة محول الطاقة المستقبل من خلال التأثير الكهرضغطي الإيجابي، وتكتمل مهمة تأخير الإشارة. نظرًا لأن سرعة الموجات الصوتية في وسط صلب هي خمس مرات أبطأ من سرعة الموجة الكهرومغناطيسية، فيمكن تحقيق تأخير الإشارة باستخدام وسط صلب صغير فقط. يتميز خط التأخير المصنوع بواسطة محول الطاقة الكهرضغطية بخصائص الحجم الصغير والوزن الخفيف والأداء المستقر وما شابه، كما أنه سهل التصنيع نسبيًا. يمكن تصنيع مشغلات مختلفة باستخدام التأثير الكهرضغطي العكسي. يمكن تقسيم المحركات الكهروضغطية إلى محركات إزاحة صلبة ومشغلات إزاحة رنانة وفقًا لطرق القيادة المختلفة. لا تتطلب المحركات الكهرضغطية آلية نقل وتحقق دقة عالية في التحكم في الإزاحة. وفي الوقت نفسه، تكون سرعة الاستجابة سريعة، ولا توجد فجوة مفاغرة ميكانيكية، ويمكن تحقيق التحكم في إزاحة متابعة الجهد، ويكون خرج الطاقة كبيرًا بينما يكون استهلاك الطاقة منخفضًا. وقد حققت الصين نتائج باهرة في هذا المجال، مثل المحركات بالموجات فوق الصوتية الكهرضغطية، والروبوتات الدقيقة، والقابضات الصغيرة. يمكن تصنيع أجهزة استشعار مختلفة باستخدام التأثير الكهرضغطي، مثل أجهزة استشعار الضغط الكهرضغطية، وأجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية، وأجهزة استشعار التسارع الكهرضغطية. 

تتميز مقاييس التسارع الكهرضغطية ببنيتها البسيطة وصغر حجمها ووزنها الخفيف وعمر الخدمة الطويل. لقد تم استخدامها على نطاق واسع في قياس الاهتزازات والصدمات للطائرات والسيارات والسفن والجسور والمباني، وخاصة الطيران ولها مكانة خاصة في مجال الطيران. يمكن أيضًا استخدام أجهزة الاستشعار الكهرضغطية لقياس ضغط الاحتراق الداخلي والفراغ، وتستخدم في الصناعة العسكرية والقياسات الطبية الحيوية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أيضًا استخدام تكنولوجيا القياس الكهرضغطية لصنع أدوات قياس مختلفة مثل الجيروسكوب الكهروضغطي ومقياس الجريان الكهرضغطي، بالإضافة إلى أدوات التمييز والمذبذبات الكهرضغطية والمحولات والمرشحات وما إلى ذلك، والتي يتم إنتاجها في الإنتاج والحياة والبحث العلمي والدفاع الوطني.

مع مزاياه الفريدة، تأثير كهرضغطية لقد تم استخدام تقنية محول الطاقة الخزفية HIFU على نطاق واسع في الطلب المتزايد على الطاقة اليوم. في هذا البحث، تم تقديم المواد الكهرضغطية من أربعة جوانب: البلورة الكهروضغطية، مادة كهرضغطية PbTiO3، السيراميك الكهرضغطي ومركب البوليمر العالي. يتم تقديم تطبيق هذه التكنولوجيا في محولات الطاقة والمحركات وأجهزة الاستشعار. أعتقد أن تطوير التكنولوجيا الكهرضغطية سيجلب لنا غدًا أفضل. لضمان جودة البناء، والحد من وقوع حوادث السلامة أثناء عملية البناء. إن إدخال تقنيات جديدة في عملية البناء لا يؤدي إلى تحسين جودة البناء فحسب، بل يؤدي أيضًا إلى تحسين سلامة عملية البناء، مثل استخدام تكنولوجيا معدات الاختبار المباشر عبر الإنترنت.

4) تعزيز صيانة معدات البناء.
في الاستخدام طويل الأمد لمعدات بناء الطاقة الكهربائية، سوف تتأثر بالتلوث الصناعي والتلوث البيئي. ومن أجل الحد من هذه الآثار، فمن الضروري الاستعداد وفقا لذلك قبل البناء. على سبيل المثال، المعالجة المسبقة للتآكل للأسلاك المعزولة قبل البناء، أو اختيار العوازل ذات القدرة القوية على مقاومة التلوث، والصيانة والصيانة الدورية للمعدات.