Pietsosähköisen efektin periaate ja sen soveltaminen pietsokeramiikassa

Kun jotkut eristeet muuttavat muotoaan ulkoisen voiman vaikutuksesta tiettyyn suuntaan, niiden sisällä tapahtuu polarisaatiota ja niiden kahdelle vastakkaiselle pinnalle ilmaantuu positiivisia ja negatiivisia vastakkaisia ​​varauksia. Kun ulkoinen voima poistetaan, se palaa varautumattomaan tilaan. Tätä ilmiötä kutsutaan positiiviseksi pietsosähköiseksi efektiksi. Kun voiman suunta muuttuu, varauksen napaisuus muuttuu. Päinvastoin, kun sähkökenttä kohdistetaan eristeen polarisaatiosuunnassa, myös nämä eristeet deformoituvat, ja eristeen muodonmuutos katoaa sähkökentän poistamisen jälkeen. Tätä ilmiötä kutsutaan käänteiseksi pietsosähköiseksi efektiksi tai sähköstriktioksi. Pietsosähköinen keramiikka on itse asiassa polarisoitua ferrosähköistä keraamia, jolla on pietsosähköinen vaikutus. Se on uusi tietomateriaali. Pietsosähköinen keramiikka on eräänlainen toiminnallinen keramiikka.

Ensinnäkin pietsosähköisen vaikutuksen periaate:
   Pietsosähköisen vaikutuksen periaate pzt piezo keramic tarkoittaa, että jos pietsosähköiseen materiaaliin kohdistetaan painetta, se synnyttää potentiaalieron (kutsutaan positiiviseksi pietsosähköiseksi efektiksi) ja päinvastoin syntyy mekaaninen jännitys (kutsutaan käänteiseksi pietsosähköiseksi efektiksi). Jos paine on suurtaajuista värähtelyä, syntyy suurtaajuinen virta. Kun korkeataajuista sähköistä signaalia syötetään pietsosähköiseen keramiikkaan, syntyy korkeataajuinen akustinen signaali (mekaaninen värähtely), jota kutsumme yleensä ultraäänisignaaliksi. Toisin sanoen pietsosähköisellä keramiikalla on mekaanisen energian ja sähköenergian välisen muunnos- ja käänteismuunnostoiminto, ja tämä keskinäinen suhde on todella mielenkiintoinen. Pietsosähköiset materiaalit voivat synnyttää sähkökenttiä mekaanisen muodonmuutoksen tai sähkökentän aiheuttaman mekaanisen muodonmuutoksen vuoksi. Tämä luontainen mekaaninen-sähköinen kytkentävaikutus tekee pietsosähköisistä materiaaleista laajan tekniikan käytön. Pietsosähköisiä materiaaleja on käytetty esimerkiksi älykkäiden rakenteiden valmistukseen. Itsekantavien ominaisuuksien lisäksi tällaisilla rakenteilla on toimintoja, kuten itsediagnostiikka, itsesopeutuminen ja itsekorjaus, ja niillä on tärkeä rooli tulevaisuuden lentokoneiden suunnittelussa.

2. Pietsosähköinen materiaali
Pietsosähköisten materiaalien pietsosähköinen vaikutus Pietsokeekanturi johtuu atomien erityisestä järjestelystä kidehilassa, mikä saa materiaalin kytkemään jännityskentän ja sähkökentän. Materiaalityypistä riippuen pietsosähköiset materiaalit voidaan luokitella pietsosähköisiin yksikiteisiin, pietsosähköisiin monikiteisiin (pietsosähköisiin keramiikka), pietsosähköisiin polymeereihin ja pietsosähköisiin komposiittimateriaaleihin. Tietyn materiaalimuodon mukaan se voidaan jakaa kahteen tyyppiin: pietsosähköinen materiaali ja pietsosähköinen kalvo.

3. Pietsosähköiset yksikidekiteet
Pietsosähköiset yksittäiskiteet ovat enimmäkseen rautatransistoreja. Sisältää myös kvartsia, kadmiumsulfidia, sinkkioksidia, alumiininitridia ja muita kiteitä. Nämä ferrosähköiset kiteet sisältävät happitransistorin, jossa on happioktaedri, kuten bariumtitanaattikide, litiumniobaatti, jolla on litiumniobaattirakenne, vismuttirutenaatti ja strontiumrutenaattikide, jolla on volframipronssirakenne. Ferrosähköinen transistori sisältää vetysidoksen, kuten kaliumdivetyfosfaattia, ammoniumdivetyfosfaattia ja lyijyvetyfosfaattia (ja lyijy-strontiumfosfaattia). Bariumtitanaattikide tai vastaava, jolla on kerrosrakenne. Tällä hetkellä yleisimmin käytetty ei-ferrosähköinen kvartsitransistori, rautatyypillinen painetransistori litiumniobaatti ja vismuttirutenaatti.

4. Pietsosähköinen polymeeri
Neuvostoliitto havaitsi jo vuonna 1940, että puu oli pietsosähköistä keramiikkaa. Pietsosähköä löydettiin kudoksista, kuten ramista, silkkibambusta, eläinten luista, ihosta ja verisuonista. Vuonna 1960 löydettiin synteettisten polymeerien pietsosähköisyys. Vuonna 1969 havaittiin, että polyvinylideenifluoridilla sähkösaostuksen jälkeen on voimakas pietsosähköisyys. Vahvoja pietsosähköisiä ominaisuuksia omaavia materiaaleja ovat PVDF ja sen kopolymeerit, polyvinyylifluoridi, polyvinyylikloridi, poly-y-metyyli-L-glutamaatti ja nailon-11.

5. Pietsosähköiset komposiittimateriaalit
Pietsosähköiset komposiitit ovat pietsosähköisiä materiaaleja, jotka on yhdistetty kahdesta tai useammasta materiaalista. Yleiset pietsosähköiset komposiitit ovat pietsosähköisen keramiikan ja polymeerien, kuten polyvinylideenifluoridireaktiivisen epoksin, kaksivaiheisia komposiitteja. Tässä komposiittimateriaalissa yhdistyvät pietsosähköisen keramiikan ja polymeerien vahvuudet, sillä on erinomaiset joustavuus ja prosessointiominaisuudet, ja sen tiheys on pieni ja sen akustinen impedanssi on helppo sovittaa ilman, veden ja biologisten kudosten kanssa. Lisäksi pietsosähköisillä komposiiteilla on myös korkea pietsosähköinen vakio. Pietsosähköisillä komposiiteilla on laaja valikoima sovelluksia lääketieteen, sensorin ja mittauksen aloilla.

Pietsokeramiikan pietsosähköisen vaikutuksen soveltaminen

1. Valmistusominaisuudet
Pietsosähköiselle keramiikalle on ominaista ferrosähköisen keramiikan polarisaatiokäsittely tasavirtasähkökentässä pietsosähköisen vaikutuksen aikaansaamiseksi. Yleensä polarisaatiosähkökenttä on 3-5 kV/mm, lämpötila 100-150 °C ja aika 5-20 min. Nämä kolme ovat pääasiallisia polarisaatiovaikutukseen vaikuttavia tekijöitä. Paremman suorituskyvyn omaavien pietsosähköisten keramiikan, kuten lyijyzirkonaattititanaattikeramiikan, sähkömekaaninen kytkentäkerroin on jopa 0,313-0,694.

Pietsosähköistä keramiikkaa käytetään pääasiassa ultraäänimuuntimien, hydroakustisten muuntimien, sähköakustisten muuntimien, keraamisten suodattimien, keraamisten muuntajien, keraamisten erottimien, suurjännitegeneraattoreiden, infrapunailmaisimien, akustisten pintalaitteiden, sähköoptisten laitteiden, sytyttimien ja pietsosähköisten gyroskooppien valmistuksessa.

2. Keraamiset ominaisuudet
Pietsosähköisellä keramiikalla on herkkiä ominaisuuksia ja ne voivat muuntaa erittäin heikon mekaanisen tärinän sähköisiksi signaaleiksi, joita voidaan käyttää kaikujärjestelmissä, säänilmaisussa, telemetriassa ympäristönsuojelussa, kodinkoneissa jne. Maanjäristykset ovat tuhoisia katastrofeja, ja maanjäristyksen lähde alkaa maankuoren syvyyksistä. Sitä oli vaikea ennustaa aiemmin, ja ihmiset joutuivat kiusalliseen tilanteeseen. Pietsosähköisen keramiikan herkkyys ulkoiselle voimalle mahdollistaa yli kymmenen metrin siipiään räpyttelevien lentävien hyönteisten aiheuttaman ilman häiriön. Sitä voidaan käyttää pietsosähköisen seismografin valmistamiseen, joka voi mitata tarkasti maanjäristyksen voimakkuuden ja osoittaa maanjäristyksen suunnan ja etäisyyden. Tämä ei voi olla pietsosähköisen keramiikan suuri saavutus. Pietsosähköinen keramiikka tuottaa sähkökentän vaikutuksesta pienen määrän muodonmuutosta, jopa miljoonasosan omasta koostaan. Älä aliarvioi tätä pientä muutosta, tähän periaatteeseen perustuva tarkka ohjausmekanismi - pietsosähköinen toimilaite, tarkkuusinstrumentointiin ja mekaaniseen ohjaukseen, mikroelektroniikka, biotekniikka ja muut alat ovat suuri siunaus. Taajuussäätölaitteet, kuten resonaattorit ja suodattimet, ovat avainlaitteita, jotka määrittävät viestintälaitteiden suorituskyvyn. Pietsosähköisellä keramiikalla on tässä suhteessa ilmeisiä etuja. Sillä on hyvä taajuuden vakaus, korkea tarkkuus ja laaja taajuusalue, ja se on kooltaan pieni, ei-hygroskooppinen ja pitkäikäinen. Erityisesti monikanavaisissa viestintälaitteissa se voi parantaa häiriönestokykyä, joten aikaisempia sähkömagneettisia laitteita ei voi katsoa taaksepäin.

3. Sovellus
Pietsosähköinen keramiikka ovat uusia toiminnallisia elektronisia materiaaleja, joilla on korkea älykkyys. Materiaalien ja prosessien jatkuvan tutkimuksen ja parantamisen myötä pietsosähköisen keramiikan käyttö laajenee koko ajan. Koneena sähkö-, ääni-, valo- ja lämpöherkkiä materiaaleja, pietsosähköisiä materiaaleja Pietsokeraamisia levymuunninta on käytetty laajalti antureissa, muuntimissa, ainetta rikkomattomissa testauksissa ja viestintätekniikoissa. Monikiteitä muodostuu kiinteäfaasireaktiossa eri maissa ympäri maailmaa. Ja yleinen nimi ferrosähköisestä keramiikasta, jolla on pietsosähköinen vaikutus tasajännitteen polarisaatiokäsittelyllä, on eräänlainen tutkimus- ja kehitystyö, joka voi antaa suuren merkityksen pietsosähköisten keraamisten materiaalien mekaaniselle energialle. Korkean teknologian kehittyessä pietsosähköisen keramiikan sovellusala tulee yhä laajemmalle. Sen lisäksi, että sitä käytetään korkean teknologian aloilla, se on enemmän ihmisten palvelemista jokapäiväisessä elämässä ja paremman elämän luomista ihmisille.

Viisi yleistä pietsosähköisen keramiikan sovellusta jokapäiväisessä elämässämme:
1: Positiivisen ja negatiivisen pietsosähköisen vaikutuksen käyttö
2: Pietsosähköinen keraaminen summeri | Kaiutin
3: Pietsosähköinen keraaminen mikrofoni
4: Pietsosähköinen muuntaja
5: Pietsosähköinen keraaminen sytytin
Voidaan sanoa, että vaikka pietsosähköinen keramiikka on uusi materiaali, se on melko siviilikäyttöinen. Sitä käytetään korkean teknologian alalla, mutta se on enemmän elämässä luomaan parempi elämä ihmisille.