Is ábhair fheidhmiúla iad ábhair phísileictreacha a fhíoraíonn an tiontú idir fuinneamh meicniúil agus fuinneamh leictreach(1)

Is ábhair fheidhmiúla iad ábhair piezoelectric a thuigeann an comhshó idir fuinneamh meicniúil agus fuinneamh leictreach. Tá stair fhada ag a fhorbairt. Ó d'aimsigh na deartháireacha CURIE an éifeacht piezoelectric ar chriostail Grianchloch sna 1880í, tá tús curtha le hábhair piezoelectric aird fhorleathan a mhealladh. Le doimhniú an taighde, tá líon mór ábhar piezoelectric tagtha chun cinn go leanúnach, mar shampla ábhair ceirmeacha feidhmiúla piezoelectric, scannán piezo, ábhair chomhchodacha piezoelectric, etc. diosca ceirmeach piezo , agus tá ról tábhachtach acu i bhfeistí comhshó feidhmiúla cosúil le leictreachas, maighnéadas, fuaim, solas, teas, taise, gás, agus fórsa. Tá raon leathan úsáidí ag

Scannán piezoelectric PVDF

Is scannán piezoelectric fluairíd polyvinylidene é scannán piezoelectric PVDF. I 1969, d'aimsigh na Seapáine an t-ábhar polaiméire fluairíd polaivinilidene (polaiméir fluairíd polaiviniledéine) dá ngairtear PVDF, a bhfuil éifeacht piezoelectric an-láidir aige. Tá dhá chineál criostail den chuid is mó ag an scannán PVDF, eadhon, cineál α agus cineál β. Níl piezoelectricity ag an criostail cineál α, ach tar éis an scannán PVDF a rolladh agus a shíneadh, déantar an criostail cineál α bunaidh sa scannán ina struchtúr criostail cineál β. Nuair a bhíonn an scannán PVDF sínte agus polaraithe faoi réir fórsa seachtrach nó dífhoirmiúchán i dtreo áirithe, ginfidh dromchla polaraithe an ábhair muirear leictreach áirithe, is é sin an éifeacht piezoelectric criostail diosca ceirmeach piezo.

I gcomparáid le criadóireacht piezoelectric agus criostail piezoelectric, tá na buntáistí seo a leanas ag scannáin piezoelectric:

(1) Meáchan éadrom, is é a dhlús ach an ceathrú cuid den PZT ceirmeach piezoelectric a úsáidtear go coitianta, pasted ar an réad tomhais beagnach aon éifeacht ar an struchtúr bunaidh, solúbthacht ard leaisteach is féidir, a phróiseáil i cruth ar leith is féidir aon dromchla tomhais feistithe go hiomlán, le neart meicniúil ard agus friotaíocht tionchair;

(2) Aschur ardvoltais, faoi na coinníollacha strus céanna, tá an voltas aschuir 10 n-uaire níos airde ná criadóireacht piezoelectric;

(3) Is féidir le neart tréleictreach ard an éifeacht réimse leictrigh láidir (75V/um) a sheasamh, ag an am seo tá an chuid is mó de chriadóireacht piezoelectric dípolaraithe;

(4) Tá an impedance fuaimiúil íseal, ach an deichiú cuid den PZT ceirmeach piezoelectric, gar d'uisce, fíochán daonna agus comhlacht slaodach;

(5) Tá an freagra minicíochta leathan, agus is féidir an éifeacht leictrimheicniúla a thiontú ó 10-3Hz go 109, agus tá an modh creathadh simplí.

Dá bhrí sin, is féidir strus agus brú a thomhas i meicnic, is féidir luasmhéadair agus braiteoirí modh creathadh a dhéanamh i gcreathadh, is féidir braiteoirí modúlach radaíochta fuaimiúla agus trasducers ultrasonaic a dhéanamh go fuaimiúil agus a úsáid i rialú gníomhach, agus is féidir iad a úsáid i dtaighde robot Úsáidtear mar braiteoir tactile, tá iarratais aige freisin i dtomhas meáchain leighis agus feithicle,

Faoi láthair, tá an taighde ar ábhair scannáin tanaí ag forbairt i dtreonna éagsúla, ardfheidhmíocht, próisis nua, etc., agus tá a chuid taighde bunúsach freisin go domhain sa leibhéal móilíneach, leibhéal adamhach, leibhéal nana, struchtúr mesoscópach, etc., agus mar sin tá tábhacht mhór ag taighde na n-ábhar scannán tanaí feidhme.

airíonna scannán Piezo

1. Tairiseach tréleictreach

Cé gur scannán criostail aonair nó scannán polycrystalline le treoshuíomh is fearr é an scannán piezoelectric, níl an pacáil adamhach ann chomh daingean agus ordaithe mar atá i gcriostail, agus mar sin tá luach tairiseach tréleictreach an scannáin piezoelectric difriúil ó luach na criostail. Ina theannta sin, tá strusanna inmheánacha iarmharacha móra ann freisin a fhaightear go minic i scannáin tanaí agus cúiseanna tomhais, rud a fhágann go bhfuil luach tairiseach tréleictreach an scannáin tanaí difriúil ó luach comhfhreagrach na criostail.

Tá staidéir atá ann cheana féin tar éis a thaispeáint nach mbaineann tairiseach tréleictreach an scannáin piezoelectric ní hamháin leis an treoshuíomh criostail, ach braitheann sé freisin ar na coinníollacha tástála. Tá scaipeadh suntasach ag tairiseach tréleictreach an scannáin piezoelectric. Chomh maith leis an difríocht i strus inmheánach agus coinníollacha tástála, creidtear go ginearálta go laghdóidh an difríocht idir an cóimheas comhdhéanamh ceimiceach agus tiús scannán an chomhdhéanamh scannáin le tiús an scannáin. Ina theannta sin, athróidh tairiseach tréleictreach an scannáin piezoelectric go mór leis an athrú teochta agus minicíochta.

2. Friotaíocht toirte

Ó thaobh caillteanas tréleictreach agus minicíocht scíthe an scannáin piezoelectric a laghdú, táthar ag súil go bhfuil ard-fhriotaíocht aige, ar a laghad ρv≥108Ω•cm. Is é friotachas scannán AlN ná 2 × 1014~1 × 1015Ω·cm, atá i bhfad níos airde ná 108Ω·cm, mar sin maidir leis seo, is scannán an-mhaith é AlN. Ina theannta sin, leanann an t-athrú ar sheoltacht leictreach scannán piezoelectric AlN le teocht an dlí 1nσ∝1/T freisin. Níl lárionad siméadrachta ag aon cheann de na criostail a bhfuil éifeacht piezoelectric acu, mar sin tá a soghluaisteacht leictreon anisotrópach freisin agus tá a seoltacht leictreach difriúil freisin. Tá seoltacht leictreach an scannáin piezoelectric AlN feadh an treo C-ais difriúil ón treo ingearach leis an ais C. Tá an chéad cheann thart ar 1 go 2 ordú méide níos lú.

3. Tadhlaí uillinn caillteanais

Is é tanδ=0.003 ～0.005 an tadhlaí caillteanais tréleictreach den scannán piezoelectric AlN, agus tá tanδ an scannáin ZnO níos mó, is é sin 0.005 ～0.01. Is é an fáth go bhfuil tanδ na scannán seo chomh mór ná go bhfuil feiniméin shuntasacha scíthe ag na scannáin seo chomh maith leis an bpróiseas seoltachta. Cosúil leis an scannán tanaí tréleictreach, méadaíonn an tan δ den scannán tiubh piezoelectric de réir a chéile le méadú ar theocht agus minicíocht agus méadú ar thaise. Ina theannta sin, de réir mar a laghdaíonn tiús an scannáin, is gnách go dtiocfaidh méadú ar tan δ. Ar ndóigh, tá an méadú ar tanδ le teocht mar gheall ar an méadú ar sheoltacht agus ar an méadú ar scíthe. Méadaíonn sé go minic mar go méadaíonn líon na n-amanna scíthe in am.

4. Neart briseadh síos

Toisc go bhfuil an neart réimse miondealú tréleictreach paraiméadar neart, agus lochtanna éagsúla trasducer leathsféar piezoelectric dosheachanta sa scannán, tá neart réimse miondealú an scannáin piezoelectric scaipthe go leor; an teoiric miondealú ar thréleictreach, le haghaidh scannán iomlán agus slán , Ba cheart go n-ardódh neart an réimse miondealaithe de réir a chéile de réir mar a laghdaíonn tiús an scannáin. Ach go deimhin, toisc go bhfuil go leor lochtanna sa scannán, tá éifeacht an locht níos suntasaí toisc go bhfuil an tiús níos lú, agus mar sin nuair a laghdaítear an tiús go luach áirithe, éiríonn neart réimse miondealaithe an scannáin go géar níos lú. Chomh maith le cúis an scannáin féin, tá tionchar ag imeall an leictreoid le linn na tástála freisin ar neart réimse miondealaithe an scannáin. Ós rud é an thicker an scannán, an níos míchothrom an réimse leictrigh ar imeall an leictreoid, mar sin de réir mar a mhéadaíonn an tiús scannán, a neart réimse miondealú laghduithe de réir a chéile.

Chomh maith leis na fachtóirí thuas, braitheann neart réimse miondealaithe an scannáin thréleictreach freisin ar struchtúr an scannáin. Maidir leis an scannán piezoelectric, braitheann a neart réimse miondealaithe freisin ar threo an réimse leictrigh, is é sin, tá sé anisotrópach freisin i neart an réimse miondealaithe. Mar gheall ar theorainneacha gráin a bheith sa scannán polycrystalline, tá a neart réimse miondealaithe níos ísle ná an scannán éagruthach; ar chúiseanna comhchosúla, tá neart réimse miondealú an scannáin piezoelectric tosaíochta sa treo treoshuímh níos airde ná sin sa treo ingearach. Tá neart an réimse miondealaithe níos ísle.

Cosúil le scannáin tréleictreach eile, braitheann neart réimse miondealaithe an scannáin piezoelectric freisin ar roinnt fachtóirí seachtracha, mar shampla tonnform voltas, minicíocht, teocht agus leictreoidí. Toisc go bhfuil baint ag neart réimse miondealaithe an scannáin piezoelectric le go leor fachtóirí, don scannán céanna, is minic go mbíonn na luachanna neart réimse miondealaithe a thuairiscítear sa litríocht ábhartha neamhréireach, agus fiú athraíonn siad go mór. Mar shampla, is é 0.01 ~ 0.4MV/cm neart réimse miondealaithe an scannáin ZnO, is é 0.5~6.0MV/cm an scannán AlN.

5. Feidhmíocht tonn fuaimiúil mórchóir

Is iad na paraiméadair shaintréithe is tábhachtaí de thrasduchtóirí piezoelectric tonn fuaimiúla mórchóir minicíocht athshondais f0, impedance fuaimiúil Za agus comhéifeacht cúplála leictrimheicniúla K, agus mar sin tá an treoluas fuaime υ agus comhéifeacht teocht an scannáin piezoelectric, impedance fuaimiúil agus comhéifeacht cúplála leictrimheicniúla go háirithe dian. Ní hamháin go bhfuil airíonna an scannáin seo ag brath ar leaisteachas, tréleictreach, piezoelectric agus airíonna teirmeacha na ngrán criostail sa scannán, ach tá dlúthbhaint acu freisin le struchtúr an scannáin piezoelectric ar nós méid dlúthachta na ngrán agus méid an treoshuímh is fearr. Sa scannán piezoelectric, mar gheall ar lochtanna agus brú na gráin criostail, ní criostail piezo maith amháin é, agus mar sin tá tairiseach fisiceach an scannáin beagán difriúil ón luach criostail.

Toisc go bhfuil dlúthbhaint ag struchtúr an scannáin piezoelectric leis an bpróiseas ullmhúcháin, fiú don scannán piezoelectric céanna, is minic a bhíonn na luachanna feidhmíochta a thuairiscítear i litríochtaí éagsúla neamhréireach. I measc na scannáin piezoelectric neamhorgánacha go léir, tá tairiseach mór leaisteach ag an scannán AlN, ach dlús íseal agus an treoluas fuaime is airde. Dá bhrí sin, tá an scannán is oiriúnaí le haghaidh feistí UHF agus micreathonn.

6. Feidhmíocht tonn fuaimiúil dromchla

Nuair a iomadaíonn an tonn fuaimiúil dromchla sa mheán piezoelectric, maolaíonn aimplitiúid dí-áitiú na gcáithníní go tapa de réir mar a mhéadaíonn an t-achar ó dhromchla an mheáin, agus mar sin tá fuinneamh tonnta fuaimiúil an dromchla comhchruinnithe go príomha sa dá thonnfhad eile ar an dromchla.

Is féidir feidhmíocht tonn fuaimiúil dromchla na n-ábhar scannán tanaí a chur in iúl mar an fhoirmle feidhme seo a leanas: feidhmíocht tonn fuaimiúil dromchla = F (amhábhar, foshraith, struchtúr scannáin, modh tonn, treo iomadaithe, foirm leictreoid idirdhigiteach, tiús táirge uimhir tonn)

Mar sin, ní féidir aon pharaiméadar feidhmíochta tonnta fuaimiúla dromchla den scannán piezoelectric a léiriú le luach amháin. Maoin tonn fuaimiúil eile de chuid scannáin piezoelectric ná caillteanas tarchurtha. Toisc go n-úsáidtear scannáin piezoelectric go minic mar mheáin tarchurtha fuaimiúla i bhfeistí tonn dromchla, is é foinse an chaillteanais tarchurtha go príomha scaipeadh tonnta fuaimiúla sa scannán piezoelectric agus an tsubstráit.