Prinsip efek piezoelektrik dan penerapannya pada keramik piezo

Ketika beberapa dielektrik diubah bentuknya oleh gaya eksternal ke arah tertentu, terjadi polarisasi di dalamnya, dan muatan positif dan negatif yang berlawanan muncul pada dua permukaan berlawanannya. Ketika gaya eksternal dihilangkan, ia akan kembali ke keadaan tidak bermuatan. Fenomena ini disebut efek piezoelektrik positif. Ketika arah gaya berubah, polaritas muatan berubah. Sebaliknya, bila medan listrik diterapkan pada arah polarisasi dielektrik, dielektrik tersebut juga mengalami deformasi, dan deformasi dielektrik tersebut hilang setelah medan listrik dihilangkan. Fenomena ini disebut efek piezoelektrik terbalik, atau elektrostriksi. Keramik piezoelektrik sebenarnya adalah keramik feroelektrik terpolarisasi dengan efek piezoelektrik. Ini adalah bahan informasi baru. Keramik piezoelektrik merupakan salah satu jenis keramik fungsional.

Pertama, prinsip efek piezoelektrik:
   Prinsip efek piezoelektrik pzt piezo ceramic adalah jika tekanan diberikan pada bahan piezoelektrik, maka akan timbul beda potensial (disebut sebagai efek piezoelektrik positif), dan sebaliknya, timbul tegangan mekanis (disebut efek piezoelektrik terbalik). Jika tekanannya adalah getaran frekuensi tinggi, maka arus frekuensi tinggi dihasilkan. Ketika sinyal listrik frekuensi tinggi diterapkan pada keramik piezoelektrik, sinyal akustik frekuensi tinggi (getaran mekanis) dihasilkan, yang biasa kita sebut sinyal ultrasonik. Artinya, keramik piezoelektrik mempunyai fungsi konversi dan konversi terbalik antara energi mekanik dan energi listrik, dan hubungan timbal balik ini memang sangat menarik. Bahan piezoelektrik dapat menghasilkan medan listrik akibat deformasi mekanis, atau deformasi mekanis akibat medan listrik. Efek kopling mekanik-listrik yang melekat ini membuat bahan piezoelektrik banyak digunakan dalam bidang teknik. Misalnya, bahan piezoelektrik telah digunakan untuk membuat struktur cerdas. Selain kemampuan mandiri, struktur tersebut memiliki fungsi seperti diagnosis diri, adaptasi diri, dan penyembuhan diri, dan memainkan peran penting dalam desain pesawat masa depan.

2. Bahan piezoelektrik
Efek piezoelektrik dari bahan piezoelektrik Sensor cakram piezo disebabkan oleh susunan khusus atom dalam kisi kristal, yang membuat material memiliki efek menggabungkan medan tegangan dan medan listrik. Tergantung pada jenis bahannya, bahan piezoelektrik dapat diklasifikasikan menjadi kristal tunggal piezoelektrik, polikristal piezoelektrik (keramik piezoelektrik), polimer piezoelektrik, dan bahan komposit piezoelektrik. Menurut bentuk material spesifiknya, dapat dibagi menjadi dua jenis: material piezoelektrik dan film piezoelektrik.

3. Kristal tunggal piezoelektrik
Kristal tunggal piezoelektrik sebagian besar merupakan transistor besi. Juga termasuk kuarsa, kadmium sulfida, seng oksida, aluminium nitrida dan kristal lainnya. Kristal feroelektrik ini termasuk transistor oksigen yang memiliki oktahedron oksigen, seperti kristal barium titanat, litium niobate yang memiliki struktur litium niobat, bismut ruthenate, dan kristal strontium ruthenate yang memiliki struktur perunggu tungsten. Transistor feroelektrik mengandung ikatan hidrogen, seperti kristal kalium dihidrogen fosfat, amonium dihidrogen fosfat, dan timbal hidrogen fosfat (dan timbal strontium fosfat). Kristal barium titanat atau sejenisnya yang mempunyai struktur berlapis. Saat ini, transistor kuarsa non-feroelektrik yang paling banyak digunakan, transistor tekanan khas besi lithium niobate dan bismut ruthenate.

4. Polimer piezoelektrik
Pada awal tahun 1940, Uni Soviet menemukan bahwa kayu adalah keramik piezoelektrik. Piezoelektrik ditemukan pada jaringan seperti rami, bambu sutra, tulang hewan, kulit, dan pembuluh darah. Pada tahun 1960, piezoelektrik polimer sintetik ditemukan. Pada tahun 1969, ditemukan bahwa polivinilidena fluorida setelah elektrodeposisi memiliki piezoelektrik yang kuat. Bahan yang memiliki sifat piezoelektrik yang kuat antara lain PVDF dan kopolimernya, polivinil fluorida, polivinil klorida, poli-γ-metil-L-glutamat, dan nilon-11.

5. Bahan komposit piezoelektrik
Komposit piezoelektrik adalah bahan piezoelektrik yang disambung dari dua bahan atau lebih. Komposit piezoelektrik yang umum adalah komposit dua fase dari keramik piezoelektrik dan polimer seperti epoksi reaktif polivinilidena fluorida. Bahan komposit ini menggabungkan kekuatan keramik dan polimer piezoelektrik, memiliki fleksibilitas dan sifat pemrosesan yang sangat baik, serta memiliki kepadatan rendah dan mudah untuk mencocokkan impedansi akustik dengan udara, air, dan jaringan biologis. Selain itu, komposit piezoelektrik juga mempunyai konstanta piezoelektrik yang tinggi. Komposit piezoelektrik memiliki berbagai aplikasi di bidang medis, penginderaan, dan pengukuran.

Penerapan efek piezoelektrik keramik piezo

1. Karakteristik manufaktur
Keramik piezoelektrik dicirikan oleh perlakuan polarisasi keramik feroelektrik di bawah medan listrik arus searah untuk menghasilkan efek piezoelektrik. Umumnya medan listrik polarisasi 3 sampai 5 kV/mm, suhu 100 sampai 150 °C, dan waktu 5 sampai 20 menit. Ketiganya merupakan faktor utama yang mempengaruhi efek polarisasi. Keramik piezoelektrik dengan kinerja lebih baik, seperti keramik timbal zirkonat titanat, memiliki koefisien kopling elektromekanis setinggi 0,313 hingga 0,694.

Keramik piezoelektrik terutama digunakan dalam pembuatan transduser ultrasonik, transduser hidroakustik, transduser elektroakustik, filter keramik, transformator keramik, diskriminator keramik, generator tegangan tinggi, detektor inframerah, perangkat permukaan akustik, perangkat elektro-optik, penyala dan gyro piezoelektrik.

2. Sifat keramik Keramik
piezoelektrik memiliki karakteristik sensitif dan dapat mengubah getaran mekanis yang sangat lemah menjadi sinyal listrik, yang dapat digunakan dalam sistem sonar, pendeteksi cuaca, perlindungan lingkungan telemetri, peralatan rumah tangga, dll. Gempa bumi merupakan bencana dahsyat, dan sumber gempa dimulai dari kedalaman kerak bumi. Sebelumnya sulit untuk diprediksi, dan manusia terjebak dalam situasi yang memalukan. Sensitivitas keramik piezoelektrik terhadap gaya luar memungkinkan untuk merasakan gangguan udara oleh serangga terbang yang mengepakkan sayap lebih dari sepuluh meter. Hal ini dapat digunakan untuk membuat seismograf piezoelektrik, yang secara akurat dapat mengukur intensitas gempa dan menunjukkan arah serta jarak gempa. Ini bukanlah pencapaian besar keramik piezoelektrik. Keramik piezoelektrik menghasilkan sejumlah kecil deformasi akibat pengaruh medan listrik, hingga sepersekian juta ukurannya. Jangan meremehkan perubahan kecil ini, mekanisme kontrol yang tepat berdasarkan prinsip ini - aktuator piezoelektrik, untuk instrumentasi presisi dan kontrol mekanis, mikroelektronika, bioteknologi, dan bidang lainnya adalah keuntungan besar. Perangkat pengatur frekuensi seperti resonator dan filter merupakan perangkat utama yang menentukan kinerja perangkat komunikasi. Keramik piezoelektrik memiliki keunggulan yang jelas dalam hal ini. Ia memiliki stabilitas frekuensi yang baik, presisi tinggi dan rentang frekuensi yang lebar, serta berukuran kecil, tidak higroskopis, dan tahan lama. Khususnya pada peralatan komunikasi multichannel, dapat meningkatkan kemampuan anti interferensi, sehingga peralatan elektromagnetik sebelumnya tidak dapat menoleh ke belakang.

3. Aplikasi
Keramik piezoelektrik adalah material elektronik fungsional baru dengan kecerdasan tinggi. Dengan penelitian berkelanjutan dan peningkatan bahan dan proses, penerapan keramik piezoelektrik menjadi semakin luas. Sebagai bahan yang peka terhadap mesin, listrik, suara, cahaya, dan panas, bahan piezoelektrik transduser cakram keramik piezo telah banyak digunakan dalam sensor, transduser, pengujian non-destruktif, dan teknologi komunikasi. Polikristal terbentuk melalui reaksi fase padat di berbagai negara di dunia. Dan nama umum keramik feroelektrik dengan efek piezoelektrik dengan perlakuan polarisasi tegangan tinggi DC adalah jenis penelitian dan pengembangan yang dapat mementingkan energi mekanik pada bahan keramik piezoelektrik. Dengan berkembangnya teknologi tinggi, penerapan keramik piezoelektrik akan semakin luas. Selain digunakan dalam bidang teknologi tinggi, ini lebih tentang melayani masyarakat dalam kehidupan sehari-hari dan menciptakan kehidupan yang lebih baik bagi masyarakat.

Lima penerapan umum keramik piezoelektrik dalam kehidupan kita sehari-hari:
1: Penerapan efek piezoelektrik positif dan negatif
2: Buzzer Keramik Piezoelektrik | Speaker
3: Pickup keramik piezoelektrik
4: Trafo piezoelektrik
5: Penyala keramik piezoelektrik
Dapat dikatakan bahwa meskipun keramik piezoelektrik merupakan material baru, namun cukup bersifat sipil. Ini digunakan dalam teknologi tinggi, tetapi lebih dalam kehidupan untuk menciptakan kehidupan yang lebih baik bagi masyarakat.