Princip piezoelektričnog efekta i njegova primjena na piezo keramiku

Kada se neki dielektrici deformiraju vanjskom silom u određenom smjeru, unutar njih dolazi do polarizacije, a na njihovim dvjema suprotnim površinama pojavljuju se pozitivni i negativni suprotni naboji. Kada se vanjska sila ukloni, vratit će se u nenabijeno stanje. Taj se fenomen naziva pozitivnim piezoelektričnim efektom. Kada se promijeni smjer sile, mijenja se i polaritet naboja. Naprotiv, kada se električno polje primjenjuje u smjeru polarizacije dielektrika, ti se dielektrici također deformiraju, a deformacija dielektrika nestaje nakon uklanjanja električnog polja. Taj se fenomen naziva inverzni piezoelektrični efekt ili elektrostrikcija. Piezoelektrična keramika je zapravo polarizirana feroelektrična keramika s piezoelektričnim učinkom. To je novi materijal za informacije. Piezoelektrična keramika je jedna vrsta funkcionalne keramike.

Prvo, princip piezoelektričnog efekta:
   Princip piezoelektričnog efekta pzt piezo keramike je da ako se na piezoelektrični materijal primijeni pritisak, on stvara razliku potencijala (koja se naziva pozitivnim piezoelektričnim učinkom), i obrnuto, stvara se mehaničko naprezanje (koje se naziva inverzni piezoelektrični učinak). Ako je tlak visokofrekventna vibracija, tada se stvara struja visoke frekvencije. Kada se visokofrekventni električni signal primijeni na piezoelektričnu keramiku, generira se visokofrekventni akustični signal (mehaničke vibracije), što je ono što obično nazivamo ultrazvučnim signalom. Naime, piezoelektrična keramika ima funkciju pretvorbe i inverzne pretvorbe između mehaničke energije i električne energije, a taj je međusobni odnos doista vrlo zanimljiv. Piezoelektrični materijali mogu generirati električna polja uslijed mehaničke deformacije ili mehaničke deformacije uslijed električnog polja. Ovaj inherentni učinak mehaničko-električne sprege čini piezoelektrične materijale naširoko korištenim u inženjerstvu. Na primjer, piezoelektrični materijali korišteni su za izradu inteligentnih struktura. Osim sposobnosti samopodupiranja, takve strukture imaju funkcije kao što su samodijagnostika, samoprilagodba i samoozdravljenje, te igraju važnu ulogu u budućem dizajnu zrakoplova.

2. Piezoelektrični materijal
Piezoelektrični učinak piezoelektričnih materijala piezo disk senzor je zbog posebnog rasporeda atoma u kristalnoj rešetki, zbog čega materijal ima učinak sprezanja polja naprezanja i električnog polja. Ovisno o vrsti materijala, piezoelektrični materijali se mogu podijeliti na piezoelektrične monokristale, piezoelektrične polikristale (piezoelektrične keramike), piezoelektrične polimere i piezoelektrične kompozitne materijale. Prema specifičnom obliku materijala, može se podijeliti u dvije vrste: piezoelektrični materijal i piezoelektrični film.

3. Piezoelektrični monokristal
Piezoelektrični monokristali su uglavnom željezni tranzistori. Također su uključeni kvarc, kadmijev sulfid, cinkov oksid, aluminijev nitrid i drugi kristali. Ovi feroelektrični kristali uključuju kisikov tranzistor koji ima kisikov oktaedar, kao što je kristal barijeva titanata, litijev niobat koji ima strukturu litij niobata, bizmut rutenat i kristal stroncij rutenata koji ima strukturu volframove bronce. Feroelektrični tranzistor sadrži vodikovu vezu, kao što su kristali kalijevog dihidrogenfosfata, amonijevog dihidrogenfosfata i olovo-hidrogenfosfata (i olovo-stroncij-fosfata). Kristal barij titanata ili slično koji ima slojevitu strukturu. Trenutačno se najčešće koristi neferoelektrični kvarcni tranzistor, željezni tipični tlačni tranzistor litij niobat i bizmut rutenat.

4. Piezoelektrični polimer
Već 1940. godine Sovjetski Savez je otkrio da je drvo piezoelektrična keramika. Piezoelektricitet je pronađen u tkivima kao što su ramija, svileni bambus, životinjske kosti, koža i krvne žile. Godine 1960. otkrivena je piezoelektričnost sintetskih polimera. Godine 1969. otkriveno je da poliviniliden fluorid nakon elektrotaloženja ima jaku piezoelektričnost. Materijali koji imaju jaka piezoelektrična svojstva uključuju PVDF i njegove kopolimere, polivinil fluorid, polivinil klorid, poli-γ-metil-L-glutamat i najlon-11.

5. Piezoelektrični kompozitni materijali
Piezoelektrični kompoziti su piezoelektrični materijali koji se sastoje od dva ili više materijala. Uobičajeni piezoelektrični kompoziti su dvofazni kompoziti od piezoelektrične keramike i polimera kao što je poliviniliden fluorid reaktivni epoksid. Ovaj kompozitni materijal kombinira snagu piezoelektrične keramike i polimera, ima izvrsnu fleksibilnost i svojstva obrade, ima nisku gustoću i lako se može uskladiti akustičnu impedanciju sa zrakom, vodom i biološkim tkivima. Osim toga, piezoelektrični kompoziti također imaju visoku piezoelektričnu konstantu. Piezoelektrični kompoziti imaju širok raspon primjena u području medicine, senzora i mjerenja.

Primjena piezoelektričnog učinka piezo keramike

1. Karakteristike proizvodnje
Piezoelektrična keramika karakterizirana je polarizacijskom obradom feroelektrične keramike pod istosmjernim električnim poljem kako bi se postigao piezoelektrični učinak. Općenito, polarizacijsko električno polje je 3 do 5 kV/mm, temperatura je 100 do 150 °C, a vrijeme je 5 do 20 min. Ova tri su glavna faktora koji utječu na učinak polarizacije. Piezoelektrična keramika s boljim performansama, kao što je olovo cirkonat titanat keramika, ima koeficijent elektromehaničke sprege čak od 0,313 do 0,694.

Piezoelektrična keramika se uglavnom koristi u proizvodnji ultrazvučnih pretvornika, hidroakustičkih pretvornika, elektroakustičkih pretvornika, keramičkih filtera, keramičkih transformatora, keramičkih diskriminatora, visokonaponskih generatora, infracrvenih detektora, akustičnih površinskih uređaja, elektrooptičkih uređaja, upaljača i piezoelektričnih žiroskopa.

2. Svojstva keramike
Piezoelektrična keramika ima osjetljive karakteristike i može pretvoriti izuzetno slabe mehaničke vibracije u električne signale, koji se mogu koristiti u sonarnim sustavima, detekciji vremenskih prilika, telemetriji, zaštiti okoliša, kućanskim aparatima itd. Potresi su razorne katastrofe, a izvor potresa počinje u dubinama zemljine kore. Prije je bilo teško predvidjeti, a ljudi su se našli u neugodnoj situaciji. Osjetljivost piezoelektrične keramike na vanjsku silu omogućuje da se osjeti uznemirenost zraka letećim kukcima koji mašu krilima više od deset metara. Može se koristiti za izradu piezoelektričnog seizmografa, koji može točno izmjeriti intenzitet potresa i pokazati smjer i udaljenost potresa. To ne može biti veliko postignuće piezoelektrične keramike. Piezoelektrična keramika proizvodi malu količinu deformacije pod djelovanjem električnog polja, do djelića milijuntog dijela vlastite veličine. Nemojte podcijeniti ovu malu promjenu, precizan kontrolni mehanizam temeljen na ovom principu--piezoelektrični aktuator, za precizne instrumente i mehaničku kontrolu, mikroelektroniku, bioinženjering i druga polja su velika blagodat. Uređaji za kontrolu frekvencije kao što su rezonatori i filtri ključni su uređaji koji određuju rad komunikacijskih uređaja. Piezoelektrična keramika ima očite prednosti u tom pogledu. Ima dobru stabilnost frekvencije, visoku preciznost i širok raspon frekvencija, male je veličine, nije higroskopan i dugotrajan. Posebno u višekanalnoj komunikacijskoj opremi, može poboljšati sposobnost zaštite od smetnji, tako da se prethodna elektromagnetska oprema ne može osvrtati unatrag.

3. Primjena
Piezoelektrična keramika novi su funkcionalni elektronički materijali visoke inteligencije. Kontinuiranim istraživanjem i usavršavanjem materijala i procesa, primjena piezoelektrične keramike postaje sve ekstenzivnija. Kao stroj, materijali osjetljivi na struju, zvuk, svjetlost i toplinu, piezoelektrični materijali piezo keramički disk pretvornik naširoko se koristi u senzorima, pretvornicima, ispitivanjima bez razaranja i komunikacijskim tehnologijama. Polikristali nastaju reakcijom čvrste faze u raznim zemljama svijeta. Općenito ime feroelektrične keramike s piezoelektričnim učinkom DC visokonaponskim polarizacijskim tretmanom je vrsta istraživanja i razvoja koji može pridati veliku važnost mehaničkoj energiji piezoelektričnih keramičkih materijala. Razvojem visoke tehnologije primjena piezoelektrične keramike bit će sve šira. Osim što se koristi u područjima visoke tehnologije, radi se više o služenju ljudima u svakodnevnom životu i stvaranju boljeg života za ljude.

Pet uobičajenih primjena piezoelektrične keramike u našem svakodnevnom životu:
1: Primjena pozitivnog i negativnog piezoelektričnog učinka
2: Piezoelektrični keramički zujalica | Govornik
3: Piezoelektrični keramički prijemnik
4: Piezoelektrični transformator
5: Piezoelektrični keramički upaljač
Može se reći da iako je piezoelektrična keramika novi materijal, prilično je civilan. Koristi se u visokoj tehnologiji, ali je više u životu da bi se stvorio bolji život za ljude.