Прынцып п'езаэлектрычнага эфекту і яго прымяненне ў п'езакераміцы

Калі некаторыя дыэлектрыкі дэфармуюцца знешняй сілай у пэўным кірунку, унутры іх адбываецца палярызацыя, і на дзвюх супрацьлеглых паверхнях з'яўляюцца дадатныя і адмоўныя супрацьлеглыя зарады. Пры зняцці знешняй сілы ён вернецца ў незараджаны стан. Гэта з'ява называецца станоўчым п'езаэлектрычным эфектам. Пры змене напрамку сілы змяняецца палярнасць зарада. Наадварот, калі электрычнае поле прыкладзена ў кірунку палярызацыі дыэлектрыка, гэтыя дыэлектрыкі таксама дэфармуюцца, і дэфармацыя дыэлектрыка знікае пасля зняцця электрычнага поля. Гэта з'ява называецца зваротным п'езаэлектрычным эфектам, або электрастрыкцыяй. П'езаэлектрычная кераміка - гэта на самай справе палярызаваная сегнетоэлектрическая кераміка з п'езаэлектрычным эфектам. Гэта новы матэрыял для інфармацыі. П'езаэлектрычная кераміка - адзін з відаў функцыянальнай керамікі.

Па-першае, прынцып п'езаэлектрычнага эфекту:
   прынцып п'езаэлектрычнага эфекту pzt п'езакераміка заключаецца ў тым, што калі да п'езаэлектрычнага матэрыялу прыкласці ціск, ён стварае рознасць патэнцыялаў (якая называецца станоўчым п'езаэлектрычным эфектам), і наадварот, утвараецца механічнае напружанне (так званае зваротным п'езаэлектрычным эфектам). Калі ціск з'яўляецца высокачашчыннай вібрацыяй, то генеруецца высокачашчынны ток. Калі высокачашчынны электрычны сігнал падаецца на п'езаэлектрычную кераміку, утвараецца высокачашчынны акустычны сігнал (механічная вібрацыя), які мы звычайна называем ультрагукавым сігналам. Гэта значыць, п'езаэлектрычная кераміка мае функцыю пераўтварэння і зваротнага пераўтварэння паміж механічнай энергіяй і электрычнай энергіяй, і гэтая ўзаемасувязь сапраўды вельмі цікавая. П'езаэлектрычныя матэрыялы могуць ствараць электрычныя палі з-за механічнай дэфармацыі або механічнай дэфармацыі з-за электрычнага поля. Гэты ўласцівы механічна-электрычны эфект сувязі робіць п'езаэлектрычныя матэрыялы шырока выкарыстоўваюцца ў тэхніцы. Напрыклад, п'езаэлектрычныя матэрыялы выкарыстоўваліся для стварэння інтэлектуальных структур. У дадатак да самападтрымоўвальнай здольнасці такія структуры маюць такія функцыі, як самадыягностыка, самаадаптацыя і самааднаўленне, і яны гуляюць важную ролю ў будучай канструкцыі самалётаў.

2. П'езаэлектрычны матэрыял
П'езаэлектрычны эфект п'езаэлектрычных матэрыялаў Датчык п'езадыска абумоўлены асаблівым размяшчэннем атамаў у крышталічнай рашотцы, дзякуючы чаму матэрыял мае эфект сувязі поля напружання і электрычнага поля. У залежнасці ад тыпу матэрыялу п'езаэлектрычныя матэрыялы можна класіфікаваць на п'езаэлектрычныя монакрышталі, п'езаэлектрычныя полікрышталі (п'езаэлектрычная кераміка), п'езаэлектрычныя палімеры і п'езаэлектрычныя кампазітныя матэрыялы. У залежнасці ад канкрэтнай формы матэрыялу, яго можна падзяліць на два тыпу: п'езаэлектрычны матэрыял і п'езаэлектрычная плёнка.

3. П'езаэлектрычныя монакрышталі
П'езаэлектрычныя монакрышталі - гэта ў асноўным жалезныя транзістары. Таксама ўключаны кварц, сульфід кадмію, аксід цынку, нітрыд алюмінія і іншыя крышталі. Гэтыя сегнетоэлектрычныя крышталі ўключаюць кіслародны транзістар з кіслародным актаэдрам, напрыклад, крышталь тытаната барыю, ніябат літыя са структурай ніябата літыя, рутэнат вісмута і крышталь рутэнату стронцыю са структурай вальфрамавай бронзы. Сегнетоэлектрычны транзістар утрымлівае вадародную сувязь, напрыклад, крышталі дыгідрафасфату калію, дыгідрафасфату амонія і вадародфасфату свінцу (і фасфату стронцыю). Крышталь тытаната барыю ці падобнае са слаістай структурай. У цяперашні час найбольш шырока выкарыстоўваецца несегнетоэлектрический кварцавы транзістар, жалеза тыповы транзістар ціску ниобат літыя і рутенат вісмута.

4. П'езаэлектрычны палімер
Ужо ў 1940 годзе Савецкі Саюз выявіў, што драўніна з'яўляецца п'езаэлектрычнай керамікай. П'езаэлектрычнасць была знойдзена ў такіх тканінах, як рамі, шаўковы бамбук, косці жывёл, скура і крывяносныя пасудзіны. У 1960 годзе была адкрыта п'езаэлектрычнасць сінтэтычных палімераў. У 1969 годзе было выяўлена, што полівінілідэнфтарыд пасля электраасаджэння мае моцную п'езаэлектрычнасць. Матэрыялы з моцнымі п'езаэлектрычнымі ўласцівасцямі ўключаюць PVDF і яго супалімеры, полівінілфтарыд, полівінілхларыд, полі-γ-пазначаў-L-глутамат і нейлон-11.

5. П'езаэлектрычныя кампазітныя матэрыялы
П'езаэлектрычныя кампазіты - гэта п'езаэлектрычныя матэрыялы, складзеныя з двух або больш матэрыялаў. Звычайныя п'езаэлектрычныя кампазіты - гэта двухфазныя кампазіты з п'езаэлектрычнай керамікі і палімераў, такіх як рэактыўная эпаксідная смала полівінілідэнфтарыду. Гэты кампазітны матэрыял спалучае ў сабе моцныя бакі п'езаэлектрычнай керамікі і палімераў, валодае выдатнай гнуткасцю і ўласцівасцямі апрацоўкі, а таксама мае нізкую шчыльнасць і лёгка падабраць акустычны супраціў паветра, вады і біялагічных тканін. Акрамя таго, п'езаэлектрычныя кампазіты таксама маюць высокую п'езаэлектрычную канстанту. П'езаэлектрычныя кампазіты маюць шырокі спектр прымянення ў галіне медыцыны, датчыкаў і вымярэнняў.

Прымяненне п'езаэлектрычнага эфекту п'езакерамікі

1. Вытворчыя характарыстыкі
П'езаэлектрычная кераміка характарызуецца палярызацыйнай апрацоўкай сегнетоэлектрычнай керамікі пад дзеяннем электрычнага поля пастаяннага току для атрымання п'езаэлектрычнага эфекту. Як правіла, напружанасць полярызацыйнага электрычнага поля складае ад 3 да 5 кВ/мм, тэмпература - ад 100 да 150 °C, а час - ад 5 да 20 хвілін. Гэтыя тры фактары з'яўляюцца асноўнымі, якія ўплываюць на эфект палярызацыі. П'езаэлектрычная кераміка з лепшымі характарыстыкамі, такая як кераміка з тытанату свінцу, мае электрамеханічны каэфіцыент сувязі ад 0,313 да 0,694.

П'езаэлектрычная кераміка ў асноўным выкарыстоўваецца ў вытворчасці ультрагукавых пераўтваральнікаў, гідраакустычных пераўтваральнікаў, электраакустычных пераўтваральнікаў, керамічных фільтраў, керамічных трансфарматараў, керамічных дыскрымінатараў, генератараў высокага напружання, інфрачырвоных дэтэктараў, акустычных павярхоўных прылад, электрааптычных прылад, запальвальнікаў і п'езаэлектрычных гіраскопаў.

2. Керамічныя ўласцівасці
П'езаэлектрычная кераміка валодае адчувальнымі характарыстыкамі і можа пераўтвараць надзвычай слабую механічную вібрацыю ў электрычныя сігналы, якія могуць быць выкарыстаны ў гідраакустычных сістэмах, выяўленні надвор'я, тэлеметрыі аховы навакольнага асяроддзя, бытавой тэхніцы і г. д. Землятрусы - гэта разбуральныя катастрофы, а крыніца землятрусу пачынаецца ў глыбіні зямной кары. Раней гэта было цяжка прадбачыць, і людзі апынуліся ў няёмкай сітуацыі. Адчувальнасць п'езаэлектрычнай керамікі да знешняй сілы дазваляе адчуць хваляванне паветра лятучымі казуркамі, якія махаюць крыламі больш чым на дзесяць метраў. Яго можна выкарыстоўваць для стварэння п'езаэлектрычнага сейсмографа, які можа дакладна вымяраць інтэнсіўнасць землятрусу і паказваць кірунак і адлегласць землятрусу. Гэта не можа быць вялікім дасягненнем п'езаэлектрычнай керамікі. П'езаэлектрычная кераміка вырабляе невялікую дэфармацыю пад дзеяннем электрычнага поля, да долі мільённай долі ўласнага памеру. Не варта недаацэньваць гэтую невялікую змену, механізм дакладнага кіравання, заснаваны на гэтым прынцыпе - п'езаэлектрычны прывад для дакладных прыбораў і механічнага кіравання, мікраэлектронікі, біяінжынерыі і іншых галінах - гэта вялікая карысць. Прылады кантролю частоты, такія як рэзанатары і фільтры, з'яўляюцца ключавымі прыладамі, якія вызначаюць прадукцыйнасць прылад сувязі. П'езаэлектрычная кераміка ў гэтым плане мае відавочныя перавагі. Ён мае добрую стабільнасць частоты, высокую дакладнасць і шырокі дыяпазон частот, а таксама невялікі па памеры, негіграскапічны і мае працяглы тэрмін службы. Асабліва ў шматканальным камунікацыйным абсталяванні, гэта можа палепшыць здольнасць супраць перашкод, так што папярэдняе электрамагнітнае абсталяванне не можа азірацца назад.

3. Прымяненне
П'езаэлектрычная кераміка - гэта новыя функцыянальныя электронныя матэрыялы з высокім інтэлектам. Дзякуючы пастаянным даследаванням і ўдасканаленню матэрыялаў і працэсаў, прымяненне п'езаэлектрычнай керамікі становіцца ўсё больш і больш шырокім. Як машына, электрычнасць, гук, святло і цяпло адчувальныя матэрыялы, п'езаэлектрычныя матэрыялы п'езакерамічны дыскавы пераўтваральнік шырока выкарыстоўваецца ў датчыках, пераўтваральніках, неразбураючым кантролі і камунікацыйных тэхналогіях. Полікрышталі ўтвараюцца ў выніку цвёрдафазнай рэакцыі ў розных краінах свету. А агульная назва сегнетоэлектрычнай керамікі з п'езаэлектрычным эфектам шляхам палярызацыйнай апрацоўкі высокім напружаннем пастаяннага току - гэта свайго роду даследаванні і распрацоўкі, якія могуць надаць вялікае значэнне механічнай энергіі п'езаэлектрычным керамічным матэрыялам. З развіццём высокіх тэхналогій прымяненне п'езаэлектрычнай керамікі будзе станавіцца ўсё больш і больш шырокім. У дадатак да выкарыстання ў сферах высокіх тэхналогій, гэта больш аб служэнні людзям у паўсядзённым жыцці і стварэнні лепшага жыцця для людзей.

Пяць распаўсюджаных ужыванняў п'езаэлектрычнай керамікі ў нашым паўсядзённым жыцці:
1: прымяненне станоўчага і адмоўнага п'езаэлектрычнага эфекту
2: п'езаэлектрычны керамічны зумер | Дакладчык
3: П'езаэлектрычны керамічны гуказдымач
4: П'езаэлектрычны трансфарматар
5: П'езаэлектрычны керамічны запальвальнік
Можна сказаць, што, хоць п'езаэлектрычная кераміка з'яўляецца новым матэрыялам, яна даволі грамадзянская. Гэта выкарыстоўваецца ў высокіх тэхналогіях, але гэта больш у жыцці, каб стварыць лепшае жыццё для людзей.