کاربرد مواد لایه نازک پیزوالکتریک

فیلم های پیزوالکتریک به دلیل عملکرد عالی آنها به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند. فیلم های ضخیم پیزوالکتریک را می توان برای ساخت انواع میکرو دستگاه ها مانند میکروپمپ ها، موتورهای اولتراسونیک، تشدید کننده ها، سنسورهای فیلم ضخیم پیروالکتریک، محرک های فیلم ضخیم، پیکاپ های میکرو انرژی و غیره استفاده کرد.

 

1. هیدروفون و سونار

هیدروفون های تک دیافراگمی شرکت جنرال الکتریک با یک فیلم پیزوالکتریک PVD F به ضخامت 2.5 میکرومتر به عنوان بستر، دیسک سرامیکی پیزو را می توان در مبدل های پزشکی و NDE استفاده کرد و می تواند در محدوده 0.5 تا 50 هرتز مشخصه و کالیبراسیون استفاده شود. با توجه به پایداری طولانی مدت و تکرارپذیری این دستگاه ها، این ویژگی های هیدروفون ها برای توسعه نوع جدیدی از ابزار چند متغیره استفاده شده است. سیستم سونار اسکن زیر آب از 100 هیدروفون بستر PVDF برای دستگاه های ایمنی/نجات زیر آب تشکیل شده است. این دستگاه چند سال پیش تولید شد. این سیستم از حالت غیرفعال با فرکانس کاری 1 تا 1000 هرتز استفاده می کند. همچنین می تواند در سه فرکانس مختلف در حالت فعال کار کند. با این سیستم می توان زیردریایی های کوچک تا فاصله 3 کیلومتری را شناسایی کرد همچنین می تواند موتورهای تا فاصله 600 متری را تشخیص دهد و انحراف زاویه کمتر از 5 دقیقه است. مدل اخیر محاسبه هیدروفون نشان می دهد که اگر عنصر PVD F به درستی طراحی شود، هیدروفون می تواند سیگنال های بیش از 10 دسی بل را در نمایش سیستم تشخیص دهد.

2. ضد رسوب

فیلم پیزو چشم انداز بسیار گسترده ای در کاربردهای ضد رسوب دارد. در حال حاضر، موسسه ملی تحقیقات و دانشگاه مونتریچ تحقیقاتی را در مورد ضد رسوب فیلم های پیزوالکتریک انجام داده اند. ثابت شده است که فیلم پیزوالکتریک برای اندازه گیری ارتعاش پلیمر در پوسته موثرتر است. بنابراین می توان از آن برای جلوگیری از نزدیک شدن بیشتر موجودات دریایی که باعث آلودگی کشتی ها می شود استفاده کرد. علاوه بر این، موسسه تحقیقات علمی دلفت در هلند نتایجی را که به دست آورده است به سازه های فلزی بزرگتر مانند پوسته کشتی های تجاری تعمیم می دهد. در همان زمان، همان اصل از کریستال دیسک سرامیکی پیزو در حال بررسی نحوه تولید سطوح ضد یخ در هواپیما است.

3. پزشکی

در حال حاضر، مردم به طور فعال در حال مطالعه کاربرد PVDF در پزشکی هستند. در بسیاری از کشورها، سالانه بسیاری از نوزادان بر اثر SIDS یا سایر سندرم ها می میرند. به منظور کاهش میزان مرگ و میر ناگهانی نوزادان، حداقل سه شرکت در هلند و ایالات متحده در حال تولید مانیتور تنفسی هستند. الف

این مانیتور یک حصیر با لایه پیزوالکتریک PVD F را در زیر بدن کودک قرار می دهد تا لرزش خفیف ناشی از تنفس و ضربان قلب را به طور مداوم کنترل کند (مخصوصاً در شب)، زمانی که فاصله تنفس یا ضربان قلب بیشتر شود در یک مدت زمان از پیش تعیین شده، مثلاً 20 ثانیه، یک زنگ هشدار ایجاد می کند که می تواند از خفگی و مرگ کودک به طور موثر جلوگیری کند.

4. الکترودها

اگر سطح بیرونی الکترود با لایه ای از پلیمر پیزوالکتریک PVDF پوشانده شود، می تواند اطلاعاتی مانند لرزش، ضربه، فشار، تنش و کرنش را به سیگنال های الکتریکی تبدیل کند. برای این نوع الکترود، برای ورودی شبه استاتیک از فرکانس پایین تا فرکانس بالا، خروجی آن همیشه می تواند مشخصات فرکانس خود را حفظ کند و خروجی سیگنال الکتریکی با فشار اعمال شده رابطه خطی دارد. در عین حال، این الکترود همچنین دارای ثبات دمایی خوبی است، مناسب برای محیط های مختلف -40 ~ 70 ℃. محدوده به طور کلی از 0.25 تا 25 p C/N است. با پیچاندن ورق پیزوالکتریک باریک به صورت دایره ای می توان یک الکترود پیزوالکتریک حساس با مقدار p C/N 40 بدست آورد.

5. هوانوردی و ناوبری

'سیستم بازرسی از راه دور خودکار قابل حمل' توسعه یافته توسط Research که به اختصار PAR IS نامیده می شود، یکی از اولین دستگاه های پیشرفته ای است که وارد عصر کالا شده است. این سیستم به طور ویژه برای بازرسی درجا از سازه های لایه ای بزرگ یا سازه های مرکب طراحی شده است.

عنصر کلیدی یک فیلم پیزوالکتریک PVDF قابل تغییر شکل 200×200 میلی متری است که شامل 1024 مبدل است. انعطاف پذیری این فیلم بسیار خوب است و می تواند به طور کامل روی سطح منحنی با شعاع انحنای 4 تناسب داشته باشد.دستگاه متصل به آن دارای کنترلر دستی، نمونه برداری داده و دستگاه نمایشگر نیز می باشد.

این گیرنده دارای نسبت سیگنال به نویز کل 100 دسی بل و فرکانس مرکزی 2.5 مگاهرتز است. کامپوزیت های گرافیت-اپوکسی در هواپیما یا سازه های بزرگ در کشتی ها می توانند برای آزمایش راحت استفاده شوند. در مورد آلومینیوم و فولاد هم اکنون نتایج رضایت بخشی در این زمینه به دست آمده است. برای این کاربرد خاص PVD F، مشخص شده است که فیلم با قطبیت دو محوری مناسب تر از قطبیت تک محوری است.

6. نظارت بر ساختار

فیلم پیزوالکتریک PVD F همچنین کاربردهای خاصی در نظارت بر ساختار دارد. یک مطالعه سیستماتیک بر روی ویژگی‌های اساسی ساختار نظارت بر فیلم پیزوالکتریک PVD F انجام شد. یک تست پاسخ دینامیکی و استاتیکی ساختار مانیتورینگ فیلم پیزوالکتریک PVDF انجام شد. در همان زمان، یک مطالعه اولیه بر روی بار ضربه سازه با استفاده از فیلم پیزوالکتریک PVDF نیز انجام شد. .

به عنوان کاربرد مبدل دیسک های پیزوالکتریک بیشتر و گسترده تر است، در آینده به خوبی توسعه خواهد یافت. فناوری ساخت فیلم نازک پیزوالکتریک نیز به سمت راندمان بالا، هزینه کم و کیفیت بالا توسعه می یابد. از آنجایی که روش CVD پوشش بهتری دارد، می‌توان آن را روی سوراخ‌های عمیق، پله‌ها، فرورفتگی‌ها یا سایر اشکال سه‌بعدی پیچیده قرار داد. علاوه بر این، روش رسوب بخار شیمیایی می‌تواند نسبت استوکیومتری فیلم تهیه‌شده را نیز در محدوده وسیعی کنترل کند که در مقایسه با روش‌های دیگر بسیار برجسته است. رویه های پردازش بنابراین در آینده استفاده از روش CVD برای تهیه فیلم های پیزوالکتریک به خوبی اعمال خواهد شد و از فیلم های پیزوالکتریک بهتر استفاده خواهد شد.