Pietsosähköisen keramiikan käyttö uusilla aloilla(1)

Siitä lähtien, kun Curien veljekset löysivät turmaliinin pietsosähköisen vaikutuksen vuonna 1880, pietsosähköisen keramiikan historia alkoi kvartsista ja BaTiO3:sta, keramiikalla on ollut tärkeä rooli pietsosähköisten laitteiden historiassa. Pietsosähköisen PZT-keramiikan löytämisen jälkeen pietsosähköisen keramiikan levitysnopeus on kuitenkin kiihtynyt huomattavasti, ja pietsosähköisen keramiikan käyttö on saanut uuden tilanteen.

Pietsosähköinen keramiikka ovat toiminnallisia keraamisia materiaaleja, jotka muuttavat mekaanista energiaa ja sähköenergiaa toisiinsa ja joilla on pietsosähköinen vaikutus. Ns. pietsosähköisellä efektillä tarkoitetaan ilmiötä, jossa polarisaation (eli sähkökentän) aiheuttaa jännitys tai jännityksen (tai venymän) indusoi sähkökenttä. Ensimmäinen on positiivinen pietsosähköinen vaikutus ja jälkimmäinen on negatiivinen pietsosähköinen vaikutus. Sähköinen vaikutus. Toistaiseksi tämä pietsosähköinen vaikutus Pietsosähköistä putkianturia on käytetty monilla aloilla, jotka liittyvät läheisesti ihmisten elämään, mukaan lukien teollisuus, sotilas, lääketiede ja jokapäiväinen elämä. Voidaan nähdä, että pietsosähköisen keramiikan tutkimuksella on suuri merkitys. Uusien prosessien ja uusien materiaalien myötä pietsosähköinen keramiikka muuttuu päivä päivältä. Tässä artikkelissa kuvataan joitain uusia pietsosähköisen keramiikan sovelluksia. Pietsosähköistä keramiikkaa käytetään laajasti. Yleisesti ottaen se voidaan jakaa taajuussäätöön, anturitunnistukseen ja optoelektronisiin laitteisiin. pietsosähköisiä keraamisia taajuudensäätölaitteita ovat suodattimet, resonaattorit ja viivelinjat. Näitä laitteita käytetään seuranta-, mikrotietokone- ja väritelevision viivepiireissä. Pietsosähköiset keraamiset levyt (pietsosähköiset vibraattorit) synnyttävät mekaanista tärinää tietyllä taajuudella ulkoisen vaihtojännitteen vaikutuksesta. Yleensä tällaisen värähtelyn amplitudi on pieni, mutta kun käytetyn jännitteen taajuus on sama kuin pietsosähköisen vibraattorin luonnollinen mekaaninen värähtelytaajuus, syntyy resonanssi ja amplitudi kasvaa huomattavasti. Tällä hetkellä vaihtuva sähkökenttä synnyttää jännityksen käänteisen pietsosähköisen vaikutuksen avulla ja venymä muodostaa virran positiivisen pietsosähköisen vaikutuksen avulla.

Pietsosähköisiä laitteita käytetään laajalti paitsi teollisuus- ja siviilituotteissa, myös sotilaallisissa sovelluksissa. Esimerkiksi, Pietsokeramiikkaanturia on käytetty sytytykseen pitkään. Vuonna 1969 Kiina käytti pietsosähköisiä materiaaleja pietsosähköisissä sulakkeissa, jotka oli varustettu uudella 40 raketilla, ja aloitti massatuotannon. Suurin vuosituotanto ylitti 3 miljoonaa kappaletta ja kumulatiivinen tuotanto 103 vuodessa oli yli 20 miljoonaa kappaletta. Lajikkeita on lähes 103, pääasiassa panssaria lävistävissä ammuksissa. Muut tärkeät alueet, kuten tutka, sotilaallinen viestintä ja navigointilaitteet, vaativat suuren määrän pietsokeraamisia suodattimia ja pietsosähköisiä SAW-suodattimia. Kuten yhdysvaltalainen teknologia- ja markkina-arviointiyritys äskettäin huomautti Tamarin raportissa, pietsosähköiset suodattimet ovat peruskomponentti, johon ihmiset kiinnittävät vain vähän huomiota, mutta ovat tärkeitä ilman niitä. Nykyaikaiset viestintä-, navigointi- ja puolustuslaitteet eivät toimi. Tämä pietsosähköisen suodattimen tärkeä rooli on muodostanut valtavat markkinat, ja sen käyttö laajenee edelleen. Ota minun tapaukseni esimerkkinä. Kehittänyt ja valmistanut monenlaisia ​​pietsosähköisiä keraamisia suodattimia, pietsosähköisiä SAW-suodattimia, SAW-viivelinjoja ja vibraattoreita useiden vuosien ajan; kehitti ja tuotti erilaisia ​​pietsosähköisiä kiihtyvyysmittareita, pietsosähköisiä gyroskooppeja ja painesähköisiä kaltevuusmittareita jne., joita on käytetty laajalti sotilas- ja siviilisovelluksissa.

2 uutta laitetta ja uusia sovelluksia

Näiden uusien keraamisten toimilaitteiden tyypillisiä käyttökohteita ovat lineaariset toimilaitteet, mäntä- ja onkalopumput, kytkimet, kaiuttimet, painemittarit, täryttimet, vesisuihkut ja -vastaanottimet, optiset ohjaimet, releet, melunvaimennus- ja vähennysvärinälaitteet sekä älykkäät järjestelmät. Erityisesti marmori- ja kuputoimilaitteilla on suuri potentiaali autoteollisuudessa, niitä voidaan käyttää antureina ja peltikomponentteina, venttiilien kytkentäelementteinä. Marmoritoimilaitetta käytetään sovelluksissa, joissa koko on pieni ja vaste on nopea. Sitä on käytetty menestyksekkäästi optisissa skannereissa. Suuritiheyksinen muistitallennusasema. Toinen helmityyppisen toimilaitteen, kuten CDROM-aseman ja magneettis-optisen muistitallennusaseman, käyttötarkoitus on sen tarkka sijainti kuljetusta varten. Marmori- ja kuputoimilaitteita voidaan käyttää myös hydrofoneissa, kiihtyvyysantureissa ja aeroakustisissa muuntimissa. Ominaisuudet eri tyyppisille pietsokeraamisille toimimoottoreille. Pietsosähköiset ja sähköstriktiiviset keraamiset toimilaitteet voidaan jakaa jäykiin syrjäytyslaitteisiin ja resonanssisiirtolaitteisiin. Resonanssisiirtymälaite on mekaanisella resonanssitaajuudella toimivan vaihtovirtasähkökentän virityksen muodostama vaihtojännitys, kuten pietsosähköinen ultraäänimoottori. Tavallisen sähkömagneettisen moottorin korvaamiseksi. Tutkijat ovat pyrkineet kehittämään suuritehoisia ultraäänimoottoreita. Ultraäänimoottoreille on ominaista 'pieni nopeus ja suuri vääntömomentti', mikä on suorassa ristiriidassa sähkömagneettisten moottoreiden suuren nopeuden ja pienen vääntömomentin kanssa.

Tällä hetkellä kehitteillä olevassa ultraäänimoottorissa on seisova aaltotyyppi ja siirtoaaltotyyppinen seisova aaltotyyppi, jota kutsutaan myös värähtelykytkintyypiksi. Värähtelevä osa on kytketty pietsosähköiseen toimilaitteeseen vaakasuoran elliptisen liikkeen tuottamiseksi päästä. Yleensä seisovan aallon tyypillä on korkea hyötysuhde, mutta positiivisia ja negatiivisia kellonsuunnan ohjausongelmia puuttuu. Nyt on kehitetty lineaarinen ultraäänimoottori, joka yhdistää useita kerroksia pietsosähköisiä toimilaitteita ja äänihaarukan muotoisia metallijalkoja. Koska mekaaninen resonanssitaajuus näiden kahden jalan välillä on hieman erilainen, kahta jalkaa voidaan ohjata muuttamalla ajotaajuutta. Taivutusvärähtelyjen välinen vaihe-ero. Sen liukuliike on samanlainen kuin hevosen etu- ja takajalkojen käyttö. Ajettaessa 6 V:n 98 kHz:n jännitteellä 20 mm × 20 mm × 5 mm:n testimoottorin suurin nopeus on 20 m/s, suurin vetovoima 2 N ja maksimihyötysuhde 20 % (käyttöteho 0,7 W). Tätä moottoria on käytetty tarkoilla xY-alustoilla.