Apa bahan dan struktur piezoelektrik?

Bahan piezoelektrik merupakan bahan dielektrik khusus dengan efek piezoelektrik dan efek piezoelektrik terbalik. Efek piezoelektrik adalah karakteristik beberapa kristal piezo yang ditemukan oleh P. Curie dan J. Curie bersaudara dari Perancis pada tahun 1880. Ketika gaya piezoelektrik memberikan gaya mekanik (atau tekanan pelepasan) pada arah piezoelektriknya, badan piezoelektrik akan menghasilkan fenomena pengisian dan pengosongan. Fenomena ini disebut efek piezoelektrik positif. Medan listrik yang sama (atau berlawanan) dengan arah polarisasi menyebabkan dua efek: efek piezoelektrik terbalik dan efek elektrostriktif. Efek piezoelektrik terbalik, yaitu dielektrik mengalami deformasi mekanis oleh medan listrik luar, dan besarnya regangan sebanding dengan besarnya medan listrik yang diterapkan, dan arahnya berhubungan dengan arah medan listrik. Efek elektrostriktif, yaitu medan dielektrik dari Keramik piezoelektrik bahan Pzt menghasilkan regangan akibat polarisasi induksi, dan besarnya regangan sebanding dengan kuadrat medan listrik, yang tidak bergantung pada arah medan listrik. Efek piezoelektrik terbalik dan efek elektrostriktif pada dasarnya adalah hasil polarisasi kristal dielektrik di bawah aksi medan listrik eksternal, dan kisi terdistorsi, dan secara makroskopis tampak sebagai regangan mekanis.

Keramik piezoelektrik adalah keramik piezoelektrik yang diperoleh dengan mencampurkan bahan, sintering pada suhu tinggi, dan merakit piezoelektrik setelah reaksi fase padat antar partikel. Material PZT dapat digunakan baik sebagai elemen penginderaan maupun elemen penggerak, dan dapat ditanamkan dengan material lain untuk membentuk material komposit. Oleh karena itu, ia memiliki aplikasi yang luas, seperti penanganan pesawat pada sayap pesawat, dan sistem getaran. Kontrol aktif getaran dan kebisingan untuk pemantauan kesehatan struktural pada peralatan.

2 struktur PZT

Menurut teori dinamika struktur modern, ketika terjadi kerusakan dan cacat pada peralatan dan struktur, seperti retak, baut kendor, dll, maka karakteristik kekakuan dan impedansi mekanisnya akan berubah, yang juga akan menyebabkan perubahan frekuensi alami dan mode struktur. Oleh karena itu, tingkat kerusakan dapat ditentukan secara kuantitatif berdasarkan perubahan impedansi mekanis. Namun, impedansi dinamis mekanis bervariasi menurut frekuensi dan sulit diukur dengan menggunakan metode konvensional. Menggunakan karakteristik self-driven dan self-sensing dari elemen piezoelektrik, bahan PZT cakram bulat piezo secara bersamaan dapat bertindak sebagai elemen penggerak dan elemen penginderaan untuk menggairahkan struktur guna memperoleh respons dinamis struktur, sehingga membangun jembatan antara karakteristik mekanis dan informasi kelistrikan, informasi impedansi dinamis mekanis. Perubahan dapat dicerminkan oleh informasi kelistrikan sederhana yang diukur. Ketika tegangan eksternal tertentu diterapkan pada permukaan lembaran keramik piezoelektrik, gaya permukaan lateral dihasilkan pada permukaan balok. Gaya-gaya permukaan ini akan menggerakkan balok sehingga menghasilkan getaran yang berbeda (bila PZT atas dan bawah diberi tegangan yang sama, maka balok akan bergetar secara longitudinal; bila diberi tegangan balik, balok akan dikenakan getaran lentur). Pada gilirannya, getaran menyebabkan deformasi balok, dan karakteristik deformasi dapat tercermin dalam bentuk sinyal listrik melalui karakteristik penginderaan lembaran keramik piezoelektrik. Oleh karena itu, karakteristik masuk dinamis dari lembaran keramik piezoelektrik yang ditempelkan pada struktur dapat mencerminkan keadaan kerusakan struktur tersebut. Menurut efek kopling piezoelektrik, dan interaksi antara PZT dan struktur, penerimaan yang bergantung pada frekuensi (kebalikan dari impedansi) dapat diperoleh. Ketika parameter dan kinerja PZT tetap konstan, impedansi struktural secara unik menentukan nilai suku kedua. Setiap perubahan natrium piezoelektrik berhubungan dengan kerusakan dan cacat struktural, sehingga kerusakan struktural dapat diidentifikasi dengan nilai natrium piezoelektrik.

Karena efek piezoelektrik dan efek piezoelektrik terbalik dari elemen piezoelektrik, elemen piezoelektrik memiliki fungsi ganda yaitu penggerak dan penginderaan, dan fitur ini dapat mewujudkan pemantauan kesehatan struktur secara online dan real-time.

Sebagian bahan PZT dihubungkan ke sumber listrik yang menghasilkan sinyal eksitasi melalui kabel, dan sinyal eksitasi (tegangan atau muatan) diterapkan ke bahan PZT melalui sumber listrik penggerak tegangan atau muatan, karena bahan PZT mempunyai efek piezoelektrik terbalik, yaitu terjadi deformasi di bawah aksi medan listrik karena Bahan PZT tertanam (atau melekat pada) bahan dasar, sehingga deformasinya sendiri akan ditransmisikan ke bahan dasar, dan bahan dasar akan menjadi berubah bentuk atau bergerak bersama-sama. Pada saat ini, PZT setara dengan driver, dan deformasi dihasilkan dengan menerima sinyal eksitasi. Atau olah raga untuk menggerakkan bahan dasar. Pada saat yang sama, sebagian material PZT ditempatkan di atas material dasar dan tidak disambungkan ke sumber listrik, dan deformasi atau gerakan ini diteruskan ke material PZT ketika material dasar tersebut mengalami deformasi atau perpindahan. Karena efek piezoelektrik bahan PZT, muatan dihasilkan di dalam muatan, dan besarnya muatan bervariasi sesuai dengan besarnya deformasi atau gerakan. Saat ini material PZT setara dengan sensor. Kemudian, sinyal keluaran sensor PZT diukur dan dikumpulkan oleh alat pengukur, dan deformasi atau pergerakan bahan dasar dapat direfleksikan secara real-time dan online, sehingga mewujudkan pemantauan kesehatan struktur secara real-time dan online.