Piezoelektrični keramički materijali su funkcionalni materijali koji ostvaruju pretvorbu između mehaničke energije i električne energije (2)

Hidrotermalna priprema debelih filmova ima mnoge prednosti:

① Ovaj proces je dovršen u tekućoj fazi u jednom trenutku i nije potrebna kasnija toplinska obrada kristalizacije, čime se izbjegavaju nedostaci kao što su pukotine, grublje zrna, reakcija sa supstratom ili atmosferom koji mogu biti uzrok tijekom procesa toplinske obrade;
②Anorganske tvari koriste se kao prekursori, a voda se koristi kao reakcijski medij, sirovine su lako dostupne, troškovi pripreme filma su smanjeni, a zagađenje okoliša je manje;
③ Oprema je jednostavna, a temperatura hidrotermalne obrade niska, čime se izbjegava međusobna difuzija filma i komponenti supstrata prije i nakon hidrotermalne obrade. Dobiveni film ima visoku čistoću i dobru ujednačenost. Osim toga, kada se ova metoda koristi za pripremu debelih filmova, debeli filmovi mogu se nanositi na površine supstrata različitih složenih oblika. Dobiveni debeli filmovi imaju određene prednosti spontane polarizacije, niske histereze i dobrog povezivanja sa supstratima. Trenutno ova metoda privlači sve više pozornosti.

6. Metoda elektroforetskog taloženja
Elektroforetsko taloženje (EPD) odnosi se na disperziju pripremljenog finog praha istog sastava kao debeli film u suspenziji kako bi se dobila suspenzija s različitim koncentracijama piezoelektrična ploča kristal . pH vrijednost suspenzije podešava se kiselinsko-baznom otopinom. Ultrazvučnom disperzijom i magnetskim miješanjem dobiva se stabilna suspenzija, a pod stalnim pritiskom nabijene čestice se usmjereno pomiču pod djelovanjem električnog polja, čime se dobiva debeli film određene debljine. Debeli film pripremljen ovom metodom ima prednosti jednostavne opreme, brzog stvaranja filma, neograničenog oblika pločastih dijelova, jednolike i kontrolirane debljine filma, itd. Rezultirajući debeli film može doseći desetke mikrona, a sastav je ujednačen i gust.

Primjena piezoelektričnih tankoslojnih materijala
Piezoelektrični filmovi naširoko se koriste zbog svojih izvrsnih svojstava. Piezoelektrični debeli filmovi mogu se koristiti za proizvodnju raznih mikro uređaja, kao što su mikropumpe, ultrazvučni motori, rezonatori, piroelektrični senzori debelog filma, aktuatori debelog sloja, mikroenergijski skupljači itd.
 
1. Hidrofon i sonar
Tvrtka General Electric s jednom dijafragmom hidrofona s 2,5 μm debelim PVDF piezoelektričnim filmom kao supstratom, mogu se koristiti u medicinskim i NDE sondama, i može se koristiti u rasponu od 0,5 ~ 50 HZ. Karakterizacija i kalibracija, Zbog dugoročne stabilnosti i ponovljivosti ovih uređaja, ove karakteristike hidrofona iskorištene su za razvoj novog instrumenta s više elemenata. podvodni sonarni sustav za skeniranje sastoji se od 100 PVDF supstratnih hidrofona za podvodne sigurnosne / spasilačke uređaje. Sustav koristi pasivni način rada s radnom frekvencijom od 1 do 1 000 HZ. Također se može koristiti u aktivnom načinu rada na tri različite frekvencije. Može se detektirati ovim sustavom. Male podmornice udaljene do 3 km također mogu otkriti motore do 600 m, a odstupanje kuta je manje od 5 mm. Nedavni proračunski model hidrofona pokazuje da ako je PVDF element ispravno dizajniran u demonstraciji sustava, hidrofon može detektirati signale veće od 10 dB.

2. Antivegetativni premaz
Piezoelektrični ultrazvučni pretvarač ima vrlo široku perspektivu u primjenama protiv obraštanja. Trenutačno su Nacionalni institut za istraživanje i Sveučilište Montrich u Francuskoj proveli istraživanje protiv obraštanja piezoelektričnih filmova. Dokazano je da je piezoelektrični film učinkovitiji za mjerenje vibracija polimera u ljusci. Stoga se može koristiti za sprječavanje približavanja većine morskih organizama koji će uzrokovati onečišćenje brodova. Osim toga, Delft Scientific Research Institute u Nizozemskoj proširuje zaključke do kojih je došao na veće metalne strukture, kao što su školjke trgovačkih brodova ili brodova. Istodobno se na istom principu proučava kako proizvesti površine protiv smrzavanja u zrakoplovima.

3. Medicina
Trenutno se aktivno proučava primjena PVD F u medicini. U mnogim zemljama mnoge bebe umiru od SIDS-a ili drugih sindroma svake godine. Kako bi se smanjila stopa iznenadne smrtnosti dojenčadi, najmanje tri tvrtke u Nizozemskoj, Njemačkoj i Sjedinjenim Državama proizvode respiratorni monitor. Ovaj monitor stavlja prostirku s PVDF piezoelektričnim filmom ispod djetetova tijela kako bi kontinuirano pratio blage vibracije uzrokovane disanjem i otkucajima srca (osobito noću). Nakon određenog vremena aktivirat će alarm, koji može na vrijeme i učinkovito spriječiti smrt djeteta od gušenja.

4. Elektrode
Ako je vanjska površina elektrode prekrivena slojem PVDF piezoelektričnog polimera, ona može pretvoriti informacije kao što su vibracije, udar, pritisak, stres i naprezanje u električne signale. Za ovu vrstu elektrode, za kvazistatički ulaz od niske frekvencije do visoke frekvencije, njezin izlaz može uvijek zadržati svoje frekvencijske karakteristike, a izlaz električnog signala je linearno povezan s primijenjenim tlakom. U isto vrijeme, ova elektroda također ima dobru temperaturnu stabilnost, prikladnu za različita okruženja od -40 ~ 70 ℃. Općenito, raspon je od 0,25 do 25 pC/N. Motanjem uskog piezoelektričnog lista u krug može se dobiti osjetljiva piezoelektrična elektroda s vrijednošću od 40 pC/N.

5. Zrakoplovstvo i navigacija
'Prijenosni automatski sustav daljinske inspekcije' koji je razvila tvrtka Sigma Research, skraćeno PAR IS, jedan je od prvih naprednih uređaja koji su ušli u eru robe. Ovaj sustav posebno je dizajniran za pregled na licu mjesta slojevitih ili kompozitnih struktura velikih površina.

Ključni element od piezo električni senzor je 200 × 200 mm deformabilni PVDF piezoelektrični film, koji sadrži 1024 pretvarača. Fleksibilnost ovog filma je vrlo dobra i može u potpunosti pristajati na zakrivljenu površinu s radijusom zakrivljenosti od 4. Uređaj povezan s njim također ima ručni upravljač, uzorkivač podataka i uređaj za prikaz. Ovaj prijemnik ima ukupni omjer signala i šuma od 100 dB i središnju frekvenciju od 2,5 MHz. Grafit-epoksidni kompoziti na zrakoplovima ili velikim strukturama na brodovima mogu se koristiti za praktično testiranje. Za aluminij i čelik već su postignuti zadovoljavajući rezultati u tom pogledu. Za ovu konkretnu primjenu PVDF-a, utvrđeno je da je film s dvoosnim polaritetom prikladniji nego film s jednoosnim polaritetom.

6. Strukturni nadzor
PVD F piezoelektrični film također ima određene primjene u strukturnom nadzoru. Provedeno je sustavno istraživanje osnovnih karakteristika nadzorne strukture PVDF piezoelektričnog filma, te je provedeno ispitivanje dinamičkog i statičkog odziva PVDF strukture piezoelektričnog filma. Istodobno su provedena i preliminarna istraživanja udarnog opterećenja konstrukcije pomoću PVDF piezoelektričnog filma. Rezultati pokazuju da uporaba PVD F piezoelektričnog filma može pratiti udarno opterećenje na strukturu u stvarnom vremenu i može odražavati udarnu štetu na konstrukciju na vrijeme. Kako je primjena piezoelektričnih tankoslojnih materijala sve opsežnija, bit će dobro razvijena u budućnosti. Tehnologija proizvodnje piezoelektričnog tankog filma također će se razvijati prema visokoj učinkovitosti, niskoj cijeni i visokoj kvaliteti. Budući da CVD metoda ima bolju pokrivenost, može se nanositi na duboke rupe, stepenice, udubine ili druge složene trodimenzionalne oblike. Osim toga, metoda kemijskog taloženja iz pare također može kontrolirati stehiometrijski omjer pripremljenog filma u širokom rasponu, što je vrlo istaknuto u usporedbi s drugim metodama.
Troškovi i radni troškovi opreme za kemijsko taloženje parom relativno su niski, što je prikladno za masovnu proizvodnju i kontinuiranu proizvodnju i ima dobru kompatibilnost s drugim postupcima obrade. Stoga će se u budućnosti dobro primjenjivati ​​korištenje CVD metode za pripremu piezoelektričnih filmova, a piezoelektrični filmovi će se bolje koristiti.