Cur síos ar trasducer ábhar ceirmeach piezoceramic

Maidir le hábhair tiománaí ceirmeacha piezoelectric, taispeánann ceirmeach piezoelectric ceanglais ard ar airíonna ábhar ceirmeach piezoelectric cosúil le tairiseach brú leictreach ardvoltais, pointe curie ard, comhéifeacht cúplála leictrimheicniúla ard agus tairiseach ardmhinicíochta. Is é an ceirmeach piezoelectric is mó a úsáidtear go forleathan ná PZT (titanate siorcónáit luaidhe) bunaithe ar Ábhar Pzt trasducer ceirmeach piezoelectric mar gheall ar a éifeacht piezoelectric iontach, tá sé teocht curie ard, friotaíocht radaíochta láidir, agus comhtháthú éasca le teicneolaíocht comhtháthú leathsheoltóra. Ach tá sé díobhálach do chorp an duine agus don chomhshaol. Mar sin, thosaigh daoine ag lorg ábhair ceirmeacha piezoelectric saor ó luaidhe le feidhmíocht den scoth.

Áirítear ar na hábhair ceirmeacha piezoelectric saor ó luaidhe is mó taighde sa bhaile agus thar lear na córais seo a leanas den chuid is mó: criadóireacht piezoelectric saor ó luaidhe atá bunaithe ar titanáit bhairiam; criadóireacht piezoelectric saor ó luaidhe atá bunaithe ar thíotánáit bhairiam; criadóireacht piezoelectric saor ó luaidhe-bhunaithe tantalate agus struchtúr cisealta tantalam criadóireacht piezoelectric saor ó luaidhe.

Criadóireacht piezoelectric saor ó luaidhe atá bunaithe ar thíotánáit bhairiam

Taighde agus cur i bhfeidhm titanate bhairiam (BaTiO3) bunaithe ar luaidhe-saor in aisce trasducers criadóireachta piezo aibí go leor. tá Mar sin féin, tá teocht curie criadóireacht BaTiO3 íseal (Tc = 120), tá an raon teochta oibriúcháin caol, agus tá feidhmíocht criadóireachta piezoelectric measartha. Tá sé deacair na hairíonna piezoelectric a fheabhsú go mór trí mhodhnú dópála, agus tá trasdul céim in aice leis an teocht. Dá bhrí sin, tá a chur i bhfeidhm criadóireacht piezoelectric teoranta. Tá titanate bhairiam ceirmeach piezoelectric saor ó luaidhe-bhunaithe strointiam bhairiam agus Bi0.5Na0.5TiO3 (BNT) ina ionadaí tipiciúil den tsraith titanate. Tá tréithe ferroelectrics suaimhneach ag BNT, a bhfuil polarú iarmharach sách mór agus réimse comhéigeantach an-ard (7.5kV/mm), agus tá comhéifeacht piezoelectric mór (kt, kp thart ar 50%), feidhmíocht tréleictreach den scoth cosúil le comhéifeacht beag (240 ~ 340) agus feidhmíocht fhuaimiúil maith (a minicíocht tairiseach NP = 320 Hz). Mar gheall ar a réimse leictreach coercive ard agus seoltacht ard leictreach sa réigiún céim ferroelectric, tá polarú deacair, rud a fhágann go bhfuil sé deacair criadóireacht piezoelectric praiticiúil a tháirgeadh. D'fhonn na heasnaimh a bhaineann le polarú ceirmeach BNT piezo a shárú agus an deacracht a bhaineann le shintéiriú isteach i samplaí dlúth, cuireann ceann amháin éagsúlacht de struchtúr perovskite dopant pair.BNT mhodhnú. Trí eilimintí cosúil le Pb, Ba, Ca, Sr, Mn, etc. a thabhairt isteach, tá neart réimse éigeantach BNT ró-ard, agus seachnaítear an deacracht polaraithe de bharr seoltacht ard céim ferroelectric BNT, agus déantar polarú ábhar BNT a réiteach go rathúil.

An chriadóireacht piezoelectric saor ó luaidhe atá bunaithe ar biosmat:

Áirítear go príomha ar na criadóireacht piezoelectric saor ó luaidhe biosmat NaNbO3, KNbO3, LiNbO3 agus a leithéidí. Tá an Tá na buntáistí a bhaineann le trasducers ceirmeacha leathsféar piezo dlús íseal, treoluas fuaimiúil ard, fachtóir cáilíochta meicniúil mór Qm, comhéifeacht cúplála leictrimheicniúla mór kp, tairiseach tréleictreach íseal, feidhmíocht piezoelectric ard, tairiseach minicíochta mór, etc., mar sin tá an ceirmeach piezoelectric tantalate-bhunaithe gléas minicíochta agus ábhar is fearr. Mar sin féin, mar gheall ar luaineacht an ábhair miotail, tá sé deacair criadóireacht piezo a fháil a bhfuil dlúthdhlúthacht mhaith aige trí phróiseas ceirmeach traidisiúnta, rud a fhágann meath ar airíonna ceirmeacha. Is féidir le criadóireacht dlúth NaNbO3-KNbO3 a fháil trí phróiseas brúite te nó isostatach, agus tá cobhsaíocht teocht an ábhair feabhsaithe go mór, agus is féidir leis an dlús coibhneasta 99% a bhaint amach.

In iarratais phraiticiúla, tá tionchar mór ag roinnt tréithe bunúsacha de thrasduchtóir ceirmeach sorcóir piezoceramic (cosúil le hysteresis, creep, etc.) ar rialú díláithrithe ardchruinneas. D'fhonn tionchar hysteresis na criadóireachta piezoelectric ar aschur díláithrithe a laghdú, tá go leor modhanna cúitimh molta ag scoláirí eachtracha. Faoi láthair, is é an modh chun hysteresis a dhíchur go ginearálta rialú lúb dúnta sa phróiseas rialaithe. Éilíonn an modh seo braiteoir díláithrithe breise chun an díláithriú a thomhas agus é a chur i gcomparáid le díláithriú sprice an rialaitheora chun meicníocht coigeartaithe rialaithe casta a fhoirmiú. 

Faoi ghníomh an réimse leictrigh ailtéarnaigh, taispeánfaidh trasducers piezo polaraithe ultrasonaic díghrádú fearóleictreach macrascópach de bharr laghdú ar ghníomhaíocht bhalla an fhearainn fhearainn. Is minic a tharlaíonn micrea-scoilteanna, delamination nó briste an ábhair agus tuirse réimse-spreagtha. Is é an chúis intreach go príomha mar gheall ar an difríocht sa chomhéadan le hairíonna. Tá an comhéifeacht leathnú teirmeach ag an gcomhéadan idir an ceirmeach piezo agus an leictreoid difriúil nó tá imoibriú ceimiceach ann, rud a chuireann isteach go diúltach ar fheidhmíocht tuirse na ceirmeach piezoelectric. Tá an fórsa nascáil comhéadan feabhsaithe go mór tríd an púdar leictreoid a ionchorprú isteach san ábhar ceirmeach nó an púdar ceirmeach agus an leictreoid bhunaidh a ionchorprú. Is iad réimse leictreach agus teocht na príomhfhachtóirí seachtracha a théann i bhfeidhm ar fheidhmíocht tuirse. Is féidir staidéar a dhéanamh ar dhá fhachtóir a fháil go bhfuil an réimse níos láidre ná an neart réimse coercive nó go bhfuil an minicíocht ard, rud a fhágann go mbeidh tuirse leictreach ann. Ina theannta sin, i raon teochta áirithe, méadaíonn an friotaíocht tuirse le méadú ar an teocht. Nuair a sháraíonn an teocht luach criticiúil áirithe, téann an t-ábhar isteach sa chéim paramagnetic agus imíonn an feiniméan tuirse.

Táthar ag súil go sáróidh taispeántais ceirmeacha piezoelectric easnaimh na taispeántais príomhshrutha reatha atá so-ghabhálach do chur isteach leictreamaighnéadach, spotaí marbh, eitseáil, etc., agus tá ionchais mhargaidh leathan acu. Is féidir an t-eagar actuator de thaispeántais ceirmeacha piezoelectric a dhéanamh trí phróiseas múnla sileacain nó le próiseas taiscí leictreafóiréis, agus is féidir ceirmeach piezoelectric saor ó luaidhe de struchtúr tantalate-bhunaithe agus struchtúrtha tantalam a chur in ionad ceirmeach piezoelectric luaidhe-bhunaithe. In ainneoin roinnt dul chun cinn maidir le taispeántais ceirmeacha piezoelectric a fhorbairt, tá roinnt príomhcheisteanna teicneolaíochta próisis ann fós ar gá aghaidh a thabhairt orthu:

(1) Cé go bhfuil feidhmíocht roinnt criadóireacht piezoelectric saor ó luaidhe den scoth, tá bearna mór fós i gcomparáid le criadóireacht piezoelectric bunaithe ar PZT, agus ba cheart na hairíonna piezoelectric a fheabhsú tuilleadh trí mhodhnú agus feabhsú próisis a thomhas;

(2) D'fhonn cruinneas cúitimh hysteresis agus creep an trasducer brú piezoelectric a chomhlíonadh níos fearr ar riachtanais rialaithe suite ultra-ard-chruinneas, ní mór d'eolaithe staidéar breise a dhéanamh ar an gcúiteamh ceartúcháin nó ar an rialú éifeachtach trí thurgnaimh chun an tiománaí piezoelectric ceirmeach a laghdú. Tionchar creep ar chruinneas an tsuímh;

(3) Faoi láthair, díríonn taighde tuirse réimse-spreagtha den chuid is mó ar an réimse leictreach agus ar an réimse teochta, ach tá an taighde ar an réimse faoi chúpláil il-réimse in easnamh, ach oibríonn na feistí ceirmeacha piezoelectric iarbhír faoi choinníollacha cúplála il-réimse, mar sin is gá staidéar a dhéanamh ar mheicníocht tuirse réimse-spreagtha faoi chúpláil il-réimse a neartú.