Razvoj piezoelektričnih keramičkih materijala

Piezoelektrična keramika vrsta je polikristala s piezoelektričnim svojstvima i važan je dio informacijsko funkcionalne piezoelektrične keramike. Uz prednosti visokog koeficijenta elektromehaničke sprege, niske cijene i jednostavne masovne proizvodnje, piezoelektrična keramika naširoko se koristi u raznim područjima društvene proizvodnje. Posebno u poljima ultrazvuka i elektroničke znanosti i tehnologije, piezoelektrična keramika je postupno zauzela apsolutnu dominantnu poziciju, kao što su medicinska i industrijska ultrazvučna ispitivanja, podvodna akustična detekcija, itd. Piezoelektrični pretvornik, ultrazvučni motor, uređaj za prikaz, elektronički kontrolirani polikromatski filtar, itd. Međutim, u praktičnim komponentama, različite primjene zahtijevaju različite PZT materijalni parametar piezoelektrične keramike, koji tjera ljude da poboljšaju performanse piezoelektrične keramike. Trenutno postoje dvije glavne metode u zemlji i inozemstvu: jedna je modifikacija dopinga, to jest dopiranje nekih iona nečistoća; drugi je poboljšanje procesa pripreme, ukratko je prikazan najnoviji napredak, istraživanje i primjena piezoelektrične keramike te trend njezina razvoja.        

Osnovna svojstva piezoelektrične keramike  
        
 Najvažnije karakteristike od piezoelektrični pretvornici keramičkih ploča su pozitivni piezoelektricitet i inverzni piezoelektricitet. Pozitivni piezoelektricitet odnosi se na polarizaciju uzrokovanu relativnim pomakom centara pozitivnog i negativnog naboja u nekim dielektricima pod djelovanjem vanjskih mehaničkih sila, što rezultira pojavom simboličnih suprotnih vezanih naboja na površini obaju krajeva dielektrika. Kada vanjska sila nije prevelika, gustoća naboja je proporcionalna vanjskoj sili, slijedeći formulu, a površinska gustoća naboja je piezoelektrična konstanta, a napon širenja. Naprotiv, kada se vanjsko električno polje primijeni na piezoelektrični dielektrik, pozitivni i negativni centri naboja u dielektriku ne samo da se pomiču i polariziraju, već također deformiraju dielektrik zbog pomaka. Taj se učinak naziva inverzni piezoelektricitet. Kada električno polje nije jako, deformacija je u skladu s vanjskim električnim poljem. Spolni odnos je konstanta piezoelektrične napetosti, $ je vanjsko električno polje i napetost. Snaga piezoelektričnog efekta odražava stupanj sprege između elastičnih i dielektričnih svojstava kristala, odnosno stupanj sprege između mehaničkih i električnih učinaka, koji se izražava elektromehaničkim koeficijentom sprege.      

 Poboljšanje performansi piezoelektrične keramike   

Sadrži olovo piezoelektrični cilindrični pretvarač je superiorniji od druge keramike u piezoelektričnim svojstvima, temperaturnoj stabilnosti i curie temperaturi zbog olovo cirkonat-titanata. Njihova elektrofizička svojstva mogu se prilagoditi u širokom rasponu promjenom komponenti ili promjenom vanjskih uvjeta, kao što su ternarni sustav i kvaternarni sustav, kako bi se zadovoljile različite potrebe. Temperatura sinteriranja piezo keramike općenito je viša, dok je temperatura isparavanja olovnog oksida oko 1. Osim toga, s razvojem tehnologije površinskog sklapanja, višeslojni čip kondenzatori, induktori, otpornici i drugi uređaji s čipovima popularni su na tržištu zbog svoje visoke učinkovitosti, minijaturizacije i funkcionalne integracije. Međutim, visoka temperatura sinteriranja piezoelektrične keramike otežava postizanje jednokratnog zajedničkog pečenja za piezo keramičke materijale i materijale elektroda. Zbog niskotemperaturnog suspaljivanja, osnovni metali poput nikla, bakra, srebra i tako dalje mogu se koristiti kao unutarnje elektrode. Ako se proces sinteriranja može poboljšati u smislu smanjenja temperature sinteriranja, ne samo da će imati važnu tehničku i ekonomsku vrijednost u obuzdavanju, isparavanju, osiguravanju performansi materijala, smanjenju onečišćenja okoliša i produljenju vijeka trajanja opreme, nego će se također široko koristiti u primarnom sinterovanju višeslojnih piezoelektričnih keramičkih komponenti korištenjem razine čistog srebra. Istovremeno štedi energiju. Stoga je razvoj niskotemperaturne sinterirane piezoelektrične keramike postao važan smjer istraživanja za razvoj višeslojnih piezoelektričnih keramičkih kompozita visokih performansi, visoke pouzdanosti i niske cijene. Trenutačno metode sinteriranja na niskim temperaturama uključuju metodu dodavanja kootapala, metodu superfinog praha, metodu sinteriranja vrućim prešanjem, itd. Rezultati pokazuju da je temperatura sinteriranja keramičkih prahova sintetiziranih hidrotermalnom metodom niža od one kod prahova bez pomoćnih sredstava za sinteriranje dodavanjem tragova plazme u prahove. Temperatura sinteriranja prahova sintetiziranih hidrotermalnom metodom niža je od one kod prahova pripremljenih konvencionalnom metodom čvrstog stanja. Izvorna piezoelektrična keramika temeljena na piezoelektričnoj keramici je temperatura sinteriranja keramike koja se može znatno smanjiti dodavanjem stakla keramici, a piezoelektrična i dielektrična svojstva keramike mogu se poboljšati. Osim toga, također smatraju da keramika pripremljena ovom metodom ima dobra piezoelektrična svojstva kada sinteriraju keramiku na sljedeći način. Utvrđeno je da keramika ima najbolja dielektrična i piezoelektrična svojstva na srednjoj temperaturi.
          
Relativna permitivnost,         
konstanta piezoelektrične deformacije,        
koeficijent elektromehaničke sprege,          
mehanički faktor kvalitete,          
dielektrični gubitak.