Princippet om piezoelektrisk effekt og dets anvendelse af piezokeramik

Når nogle dielektrika deformeres af en ydre kraft i en bestemt retning, sker der polarisering inde i dem, og positive og negative modsatte ladninger vises på de to modsatte overflader deraf. Når den ydre kraft fjernes, vil den vende tilbage til den uladede tilstand. Dette fænomen kaldes den positive piezoelektriske effekt. Når kraftens retning ændres, ændres ladningens polaritet. Tværtimod, når et elektrisk felt påføres i dielektrikumets polarisationsretning, deformeres disse dielektrikum også, og deformationen af ​​dielektrikumet forsvinder, efter at det elektriske felt er fjernet. Dette fænomen kaldes en omvendt piezoelektrisk effekt eller elektrostriktion. Piezoelektrisk keramik er faktisk en polariseret ferroelektrisk keramik med piezoelektrisk effekt. Det er et nyt materiale til information. Piezoelektrisk keramik er en slags funktionel keramik.

For det første princippet om den piezoelektriske effekt:
   Princippet om den piezoelektriske effekt pzt piezokeramik er, at hvis der påføres et tryk på det piezoelektriske materiale, genererer det en potentialforskel (benævnt en positiv piezoelektrisk effekt), og omvendt genereres en mekanisk spænding (kaldet en omvendt piezoelektrisk effekt). Hvis trykket er en højfrekvent vibration, genereres der en højfrekvent strøm. Når et højfrekvent elektrisk signal påføres en piezoelektrisk keramik, genereres et højfrekvent akustisk signal (mekanisk vibration), som vi normalt kalder et ultralydssignal. Det vil sige, at piezoelektrisk keramik har funktionen af ​​konvertering og omvendt omdannelse mellem mekanisk energi og elektrisk energi, og dette indbyrdes forhold er faktisk meget interessant. Piezoelektriske materialer kan generere elektriske felter på grund af mekanisk deformation, eller mekanisk deformation på grund af elektrisk felt. Denne iboende mekanisk-elektriske koblingseffekt gør, at piezoelektriske materialer er meget udbredt i teknik. For eksempel er piezoelektriske materialer blevet brugt til at lave intelligente strukturer. Ud over selvbærende evner har sådanne strukturer funktioner som selvdiagnose, selvtilpasning og selvhelbredelse, og de spiller en vigtig rolle i fremtidens flydesign.

2. Piezoelektrisk materiale
Den piezoelektriske effekt af piezoelektriske materialer piezo-skivesensor skyldes den specielle opstilling af atomer i krystalgitteret, som gør, at materialet har den effekt, at det kobler spændingsfeltet og det elektriske felt. Afhængigt af typen af ​​materiale kan piezoelektriske materialer klassificeres i piezoelektriske enkeltkrystaller, piezoelektriske polykrystaller (piezoelektriske keramik), piezoelektriske polymerer og piezoelektriske kompositmaterialer. Ifølge den specifikke materialeform kan den opdeles i to typer: piezoelektrisk materiale og piezoelektrisk film.

3. Piezoelektriske enkeltkrystal
Piezoelektriske enkeltkrystaller er for det meste jerntransistorer. Også inkluderet er kvarts, cadmiumsulfid, zinkoxid, aluminiumnitrid og andre krystaller. Disse ferroelektriske krystaller indbefatter en oxygentransistor med et oxygenoctaeder, såsom bariumtitanatkrystal, lithiumniobat med en lithiumniobatstruktur, bismuthruthenat og strontiumruthenatkrystal med wolframbronzestruktur. En ferroelektrisk transistor indeholder en hydrogenbinding, såsom kaliumdihydrogenphosphat, ammoniumdihydrogenphosphat og blyhydrogenphosphat (og blystrontiumphosphat) krystaller. En bariumtitanatkrystal eller lignende med en lagdelt struktur. På nuværende tidspunkt er den mest udbredte ikke-ferroelektriske kvartstransistor, jern typisk tryktransistor lithiumniobat og bismuthruthenat.

4. Piezoelektrisk polymer
Allerede i 1940 opdagede Sovjetunionen, at træ var piezoelektrisk keramik. piezoelektricitet blev fundet i væv som ramie, silkebambus, dyreknogler, hud og blodkar. I 1960 blev piezoelektriciteten af ​​syntetiske polymerer opdaget. I 1969 blev det konstateret, at polyvinylidenfluorid efter elektroaflejring har stærk piezoelektricitet. Materialer med stærke piezoelektriske egenskaber omfatter PVDF og dets copolymerer, polyvinylfluorid, polyvinylchlorid, poly-y-methyl-L-glutamat og nylon-11.

5. Piezoelektriske kompositmaterialer
Piezoelektriske kompositmaterialer er piezoelektriske materialer, der er sammensat af to eller flere materialer. Almindelige piezoelektriske kompositter er tofasede kompositter af piezoelektrisk keramik og polymerer såsom polyvinylidenfluorid-reaktiv epoxy. Dette kompositmateriale kombinerer styrkerne fra piezoelektrisk keramik og polymerer, har fremragende fleksibilitet og forarbejdningsegenskaber og har en lav densitet og er let at matche akustisk impedans med luft, vand og biologiske væv. Derudover har piezoelektriske kompositter også en høj piezoelektrisk konstant. Piezoelektriske kompositter har en bred vifte af anvendelser inden for medicinsk, sansning og måling.

Anvendelse af piezoelektrisk effekt af piezokeramik

1. Fremstillingskarakteristika
Piezoelektrisk keramik er kendetegnet ved polariseringsbehandling af ferroelektrisk keramik under et jævnstrøms elektrisk felt for at have en piezoelektrisk effekt. Generelt er det elektriske polariseringsfelt 3 til 5 kV/mm, temperaturen er 100 til 150 °C, og tiden er 5 til 20 min. Disse tre er de vigtigste faktorer, der påvirker polarisationseffekten. Piezoelektrisk keramik med bedre ydeevne, såsom blyzirkonat titanat keramik, har en elektromekanisk koblingskoefficient så høj som 0,313 til 0,694.

Piezoelektrisk keramik bruges hovedsageligt til fremstilling af ultralydstransducere, hydroakustiske transducere, elektroakustiske transducere, keramiske filtre, keramiske transformere, keramiske diskriminatorer, højspændingsgeneratorer, infrarøde detektorer, akustiske overfladeenheder, elektro-optiske enheder, tænder og piezoelektriske.

2. Keramiske egenskaber
Piezoelektrisk keramik har følsomme egenskaber og kan konvertere ekstremt svage mekaniske vibrationer til elektriske signaler, som kan bruges i ekkolodssystemer, vejrdetektion, telemetri miljøbeskyttelse, husholdningsapparater osv. Jordskælv er ødelæggende katastrofer, og kilden til jordskælvet begynder i jordskorpens dyb. Det var svært at forudsige før, og mennesker blev fanget i en pinlig situation. Følsomheden af ​​den piezoelektriske keramik over for den ydre kraft gør det muligt at fornemme luftens forstyrrelse af de flyvende insekter, der flagrer med vingerne mere end ti meter. Den kan bruges til at lave den piezoelektriske seismograf, som nøjagtigt kan måle jordskælvets intensitet og angive jordskælvets retning og afstand. Dette kan ikke være en stor præstation af piezoelektrisk keramik. Piezoelektrisk keramik producerer en lille mængde deformation under påvirkning af et elektrisk felt, op til en brøkdel af en milliontedel af deres egen størrelse. Undervurder ikke denne lille ændring, den præcise kontrolmekanisme baseret på dette princip - piezoelektrisk aktuator til præcisionsinstrumentering og mekanisk kontrol, mikroelektronik, bioteknik og andre områder er en stor fordel. Frekvenskontrolenheder såsom resonatorer og filtre er nøgleenheder, der bestemmer kommunikationsenheders ydeevne. Piezoelektrisk keramik har indlysende fordele i denne henseende. Den har god frekvensstabilitet, høj præcision og bredt frekvensområde og er lille i størrelse, ikke-hygroskopisk og lang levetid. Især i multi-kanal kommunikationsudstyr kan det forbedre anti-interferensevnen, så det tidligere elektromagnetiske udstyr ikke kan ses tilbage.

3. Anvendelse
Piezoelektrisk keramik er nye funktionelle elektroniske materialer med høj intelligens. Med den kontinuerlige forskning og forbedring af materialer og processer bliver anvendelsen af ​​piezoelektrisk keramik mere og mere omfattende. Som en maskine, elektricitet, lyd, lys og varmefølsomme materialer, piezoelektriske materialer piezo keramisk disk transducer er blevet meget brugt i sensorer, transducere, ikke-destruktiv testning og kommunikationsteknologier. Polykrystaller dannes ved fastfasereaktion i forskellige lande rundt om i verden. Og det generelle navn på ferroelektrisk keramik med piezoelektrisk effekt ved DC højspændingspolarisationsbehandling er en slags forskning og udvikling, der kan lægge stor vægt på mekanisk energi til piezoelektriske keramiske materialer. Med udviklingen af ​​højteknologi vil anvendelsen af ​​piezoelektrisk keramik blive mere og mere bred. Ud over at blive brugt på højteknologiske områder, handler det mere om at tjene mennesker i dagligdagen og skabe et bedre liv for mennesker.

Fem almindelige anvendelser af piezoelektrisk keramik i vores daglige liv:
1: Anvendelse af positiv og negativ piezoelektrisk effekt
2: Piezoelektrisk keramisk buzzer | Højttaler
3: Piezoelektrisk keramik pickup
4: Piezoelektrisk transformer
5: Piezoelektrisk keramisk tænder
Det kan siges, at selvom piezoelektrisk keramik er et nyt materiale, er det ret civilt. Det bruges i højteknologi, men det er mere i livet for at skabe et bedre liv for mennesker.