کاربرد سرامیک های پیزوالکتریک در زمینه های جدید (1)

از زمانی که برادران کوری اثر پیزوالکتریک تورمالین را در سال 1880 کشف کردند، تاریخچه سرامیک های پیزوالکتریک از کوارتز و BaTiO3 شروع شد، سرامیک ها نقش مهمی در تاریخ پیزوالکتریک ایفا کردند. با این حال، پس از کشف سرامیک پیزوالکتریک PZT، سرعت اجرای سرامیک پیزوالکتریک بسیار افزایش یافته است و کاربرد سرامیک پیزوالکتریک وضعیت جدیدی به خود گرفته است.

سرامیک های پیزوالکتریک مواد سرامیکی کاربردی هستند که انرژی مکانیکی و انرژی الکتریکی را به یکدیگر تبدیل می کنند و اثر پیزوالکتریک دارند. به اصطلاح اثر پیزوالکتریک به پدیده ای اشاره دارد که قطبش (یا میدان الکتریکی) توسط تنش القا می شود یا تنش (یا کرنش) توسط میدان الکتریکی القا می شود. اولی یک اثر پیزوالکتریک مثبت و دومی یک اثر پیزوالکتریک منفی است. اثر الکتریکی. تا کنون، این اثر پیزوالکتریک از مبدل لوله پیزوالکتریک در بسیاری از زمینه های مرتبط با زندگی مردم از جمله صنعتی، نظامی، پزشکی و زندگی روزمره استفاده شده است. مشاهده می شود که تحقیق در مورد سرامیک های پیزوالکتریک از اهمیت بالایی برخوردار است. با ظهور فرآیندهای جدید و مواد جدید، سرامیک های پیزوالکتریک هر روز در حال تغییر هستند. این مقاله برخی از کاربردهای جدید سرامیک های پیزوالکتریک را شرح می دهد. کاربرد وسیع سرامیک های پیزوالکتریک به طور گسترده استفاده می شود. به طور کلی می توان آن را به کنترل فرکانس، حسگر مبدل و دستگاه های الکترونیک نوری تقسیم کرد. دستگاه های کنترل فرکانس سرامیکی پیزوالکتریک شامل فیلترها، رزوناتورها و خطوط تاخیری هستند. این دستگاه ها در مدارهای تاخیری ردیاب، میکرو کامپیوتر و تلویزیون رنگی استفاده می شوند. ورق های سرامیکی پیزوالکتریک (ویبراتورهای پیزوالکتریک) تحت تأثیر یک ولتاژ متناوب خارجی، ارتعاش مکانیکی را در فرکانس مشخصی ایجاد می کنند. به طور کلی، دامنه چنین ارتعاشی کم است، اما زمانی که فرکانس ولتاژ اعمال شده با فرکانس ارتعاش مکانیکی طبیعی ویبراتور پیزوالکتریک یکسان باشد، تشدید ایجاد می شود و دامنه بسیار افزایش می یابد. در این زمان، میدان الکتریکی متناوب با اثر پیزوالکتریک معکوس، کرنش ایجاد می‌کند، و کرنش با اثر پیزوالکتریک مثبت، جریانی تولید می‌کند.

دستگاه های پیزوالکتریک نه تنها در محصولات صنعتی و غیرنظامی، بلکه در کاربردهای نظامی نیز به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند. به عنوان مثال، مبدل سرامیک پیزو برای مدت طولانی برای احتراق استفاده می شود. در سال 1969، چین از مواد پیزوالکتریک بر روی فیوزهای پیزوالکتریک، مجهز به 40 موشک جدید استفاده کرد و تولید انبوه را آغاز کرد. حداکثر تولید سالانه بیش از 3 میلیون قطعه بود و خروجی تجمعی در 103 سال بیش از 20 میلیون قطعه بود. نزدیک به 103 نوع وجود دارد که عمدتاً در پرتابه های زره ​​پوش استفاده می شود. سایر مناطق مهم مانند رادار، ارتباطات نظامی و تجهیزات ناوبری به تعداد زیادی فیلتر پیزوسرامیک و فیلترهای پیزوالکتریک SAW نیاز دارند. همانطور که شرکت ارزیابی فناوری و بازار ایالات متحده اخیراً در گزارش Tamar اشاره کرده است، فیلترهای پیزوالکتریک جزء اساسی هستند که مردم به آن توجه کمی دارند، اما بدون آنها مهم هستند. ارتباطات مدرن، ناوبری و تجهیزات دفاعی کار نخواهد کرد. این نقش اساسی فیلتر پیزوالکتریک بازار بزرگی را تشکیل داده است و کاربرد آن همچنان در حال گسترش است. مورد من را به عنوان مثال در نظر بگیرید. توسعه و تولید بسیاری از فیلترهای سرامیکی پیزوالکتریک، فیلترهای پیزوالکتریک SAW، خطوط تاخیری SAW و ویبراتورها برای چندین سال. توسعه و تولید انواع شتاب‌سنج‌های پیزوالکتریک، ژیروسکوپ‌های پیزوالکتریک و شیب‌سنج‌های الکتریکی فشاری و غیره که به طور گسترده در کاربردهای نظامی و غیرنظامی مورد استفاده قرار گرفته‌اند.

2 دستگاه جدید و برنامه های کاربردی جدید

کاربردهای معمول این محرک‌های سرامیکی جدید شامل محرک‌های خطی، پمپ‌های رفت و برگشتی و حفره‌ای، سوئیچ‌ها، بلندگوها، فشارسنج‌ها، ویبراتورها، جت‌ها و گیرنده‌های آب، منحرف‌کننده‌های نوری، رله‌ها، دستگاه‌های لرزش کاهش و تفریق نویز و سیستم‌های هوشمند است. به طور خاص، محرک های مرمر و گنبد پتانسیل زیادی در صنعت خودرو دارند، می توان از آنها به عنوان سنسور و اجزای دمپر، عناصر سوئیچینگ دریچه ها استفاده کرد. محرک سنگ مرمر در برنامه هایی استفاده می شود که اندازه آن کوچک و پاسخ سریع است. این با موفقیت در اسکنرهای نوری استفاده شده است. درایو ذخیره سازی حافظه با چگالی بالا. یکی دیگر از کاربردهای محرک نوع مهره ای، مانند درایو CDROM و درایو ذخیره حافظه مغناطیسی نوری، موقعیت دقیق آن برای انتقال است. محرک های مرمر و گنبدی را می توان در هیدروفون ها، شتاب سنج ها و مبدل های هواآکوستیک نیز استفاده کرد. ویژگی های انواع مختلف محرک های سرامیکی پیزو. محرک های سرامیکی پیزوالکتریک و الکترواستریکیو را می توان به دستگاه های جابجایی صلب و دستگاه های جابجایی تشدید تقسیم کرد. دستگاه جابجایی تشدید یک کرنش متناوب است که توسط یک تحریک میدان الکتریکی ac در فرکانس رزونانس مکانیکی، مانند یک موتور اولتراسونیک پیزوالکتریک ایجاد می‌شود. به منظور جایگزینی موتور الکترومغناطیسی معمولی. محققان تلاش های زیادی برای توسعه موتورهای اولتراسونیک با قدرت بالا انجام داده اند. موتورهای التراسونیک با 'سرعت کم و گشتاور بالا' مشخص می شوند که در تضاد مستقیم با سرعت بالا و گشتاور کم موتورهای الکترومغناطیسی است.

موتور اولتراسونیک که در حال حاضر در حال توسعه است دارای یک نوع موج ایستاده و یک نوع موج انتقالی از نوع موج ایستاده است که به آن نوع جفت ارتعاشی نیز گفته می شود. عضو ارتعاشی به محرک پیزوالکتریک متصل می شود تا یک حرکت بیضوی افقی از انتهای آن ایجاد کند. به طور کلی، نوع موج ایستاده بازده بالایی دارد، اما مشکلات کنترل جهت ساعت مثبت و منفی وجود ندارد. در حال حاضر، یک موتور اولتراسونیک خطی که چندین لایه از محرک‌های پیزوالکتریک و پایه‌های فلزی چنگال تنظیم را ترکیب می‌کند، ساخته شده است. از آنجایی که فرکانس رزونانس مکانیکی بین دو پایه کمی متفاوت است، می توان دو پایه را با تغییر فرکانس رانندگی کنترل کرد. اختلاف فاز بین ارتعاشات خمشی. حرکت کشویی آن شبیه به استفاده اسب از پاهای جلو و عقب است. هنگامی که موتور آزمایشی با ولتاژ 6 ولت 98 کیلوهرتز رانده می شود، موتور آزمایشی با اندازه 20 میلی متر × 20 میلی متر × 5 میلی متر حداکثر سرعت 20 متر بر ثانیه، حداکثر کشش 2 نیوتن و حداکثر بازده 20 درصد (قدرت فعال 0.7 وات) دارد. این موتور روی پلت فرم های دقیق xY استفاده شده است.