Applicazione di materiali ceramici piezoelettrici ad alta temperatura

1) Stato della ricerca sui materiali ceramici piezoelettrici ad alta temperatura: SiO2 è uno dei primi materiali piezoelettrici applicati ai dispositivi. Grazie alla sua frequenza di risonanza stabile e alla buona stabilità della temperatura, è ampiamente utilizzato nel controllo della produzione e nella gestione di tutti i sistemi di comunicazione. In componenti come orologi, microprocessori, ecc. Il citrato di bismuto di piombo (PN) ha una struttura in bronzo-tungsteno, un basso valore del fattore di qualità meccanica (Qm), un alto rapporto tra d33 e d31 ed è ampiamente utilizzato nei test non distruttivi (NDT) e nei campi della diagnostica medica. Il niobato di litio (LiNbO3) e il niobato di litio (LiTaO3) sono simili nella struttura e nelle prestazioni e sono spesso indicati come cristalli aventi una struttura di tipo niobato di litio. Con buone proprietà piezoelettriche, piroelettriche, ferroelettriche, elettro-ottiche e ottiche non lineari, è ampiamente utilizzato per fabbricare trasduttori ad alta temperatura, filtri, rilevatori piroelettrici a infrarossi, modulatori laser e una varietà di dispositivi funzionali come moltiplicatori di frequenza.

2) La ceramica piezoelettrica è in realtà una ceramica ferroelettrica polarizzata con effetto piezoelettrico, che è un trasduttore ceramico piezoelettrico in materiale ceramico piezoelettrico con conversione reciproca di energia meccanica ed energia elettrica. Utilizzando la ceramica piezoelettrica per convertire le forze esterne in energia elettrica, è possibile fabbricare accenditori piezoelettrici, alimentatori mobili a raggi X e detonatori a proiettili; la ceramica piezoelettrica può essere utilizzata per convertire l'energia ultrasonica in vibrazioni ultrasoniche, che possono essere utilizzate per trovare la posizione dei pesci sott'acqua. E la forma, i test non distruttivi del metallo, la pulizia ad ultrasuoni possono anche essere trasformati in una varietà di frese ad ultrasuoni, apparecchiature di saldatura e saldatori, lavorazione di plastica e persino metallo. Le ceramiche piezoelettriche sono molto sensibili e possono convertire vibrazioni meccaniche estremamente deboli in segnali elettrici. La sensibilità può percepire anche il disturbo degli insetti volanti che sbattono le ali per più di dieci metri. Può essere utilizzato per sistemi sonar, rilevamento meteorologico, telemetria ambientale, previsione dei terremoti.

3) I polimeri piezoelettrici dei trasduttori ceramici dei dischi piezoelettrici sono considerati materiali ideali per i sensori robotici. Ha le caratteristiche di resistenza all'usura, leggerezza, alta sensibilità, bassa impedenza acustica, facile da fissare su superfici complesse, prezzo basso e ampia banda di frequenza. I sensori che utilizzano funzioni piezoelettriche includono sensori tattili, sensori di accelerazione e sensori di prossimità (sensori di distanza). I sensori che utilizzano funzioni piroelettriche includono sensori di prossimità (sensori di sicurezza), sensori di contatto (distribuiti), sensori di identificazione del materiale e telecamere a infrarossi.

4) L'applicazione di materiali compositi in fibra piezoelettrica ha una riduzione delle vibrazioni strutturali, i materiali compositi in fibra piezoelettrica possono essere progettati dal driver di rilevamento e applicati all'identificazione della risposta in frequenza del raggio. Questo materiale viene utilizzato nel sistema di smorzamento della coda verticale dell'aereo per sopprimere le vibrazioni generate durante il volo e per testare le prestazioni del composito in fibra piezoelettrica nel controllo attivo delle vibrazioni della coda. I risultati del test mostrano che il materiale ha buone prestazioni di rilevamento e guida e l'effetto di smorzamento è migliore di quello dei trasduttori piezoceramici.

5) Applicazione del trasduttore ceramico a cilindro ultrasonoro nella tecnologia autoalimentata di dispositivi microelettronici. A causa delle caratteristiche uniche di conversione elettromeccanica dei materiali piezoelettrici, molti raccoglitori di energia utilizzano materiali (elementi) piezoelettrici come componenti di conversione e uscita dell'energia. Combinandosi con altri meccanismi materiali, i materiali piezoelettrici possono anche convertire forme di energia diverse dall’energia meccanica in energia elettrica per molteplici forme di raccolta di energia. I materiali piezoelettrici nelle strutture flessibili sono ampiamente utilizzati nelle vibrazioni, nella misurazione e nel controllo a una velocità crescente grazie alle loro proprietà uniche. Sul lato di rilevamento e controllo delle strutture intelligenti con un sistema di controllo integrato, vengono utilizzati materiali piezoelettrici. È possibile ottenere facilmente un monitoraggio accurato della risposta della struttura flessibile, in modo che possa essere controllata efficacemente.

6) Il trasformatore piezoelettrico è un dispositivo elettronico a stato solido basato sull'effetto piezoelettrico. Utilizza l'effetto piezoelettrico positivo e l'effetto piezoelettrico inverso del materiale ceramico piezoelettrico per completare la conversione reciproca tra energia meccanica ed energia elettrica e realizzare la conversione ad alta e bassa tensione. Una delle applicazioni più tipiche dei trasformatori piezoelettrici è quella di pilotare CCFL (lampada fluorescente a catodo freddo). Il convertitore DC-DC è molto più leggero del tradizionale trasformatore elettromagnetico e la densità energetica e l'efficienza possono essere notevolmente migliorate. Il trasformatore elettrico presenta i vantaggi di un'elevata densità di potenza, un elevato isolamento di corrente, una bassa interferenza elettromagnetica, ecc. e può sostituire il trasformatore elettromagnetico in alcuni campi di applicazione. Sfruttare appieno i suoi vantaggi, non solo può realizzare la miniaturizzazione del convertitore, ma anche risolverne l'esistenza nell'elettronica di potenza. Problemi di interferenza elettromagnetica (EMI).

7) Gli attuatori piezoelettrici sono dispositivi che utilizzano effetti meccanici inversi per formare azionamenti o controlli meccanici. Poiché i trasduttori piezoelettrici polarizzati a ultrasuoni presentano i vantaggi di risposta rapida, alta precisione e anti-interferenza, il dispositivo di guida e controllo costruito dal corpo piezoelettrico ha una struttura semplice e una reazione rapida. Il dispositivo di guida e controllo piezoelettrico attualmente sviluppato comprende principalmente un motore a ultrasuoni e un dispositivo di precisione, ecc., ed è stato applicato con successo in molti campi come la difesa, la biomedicina e l'optoelettronica.

Il ruolo dei materiali piezoelettrici nei sistemi di materiali intelligenti, come gli attuatori piezoceramici, che possono essere utilizzati anche come sensori in sistemi e strutture di materiali intelligenti. Perché la ceramica piezoelettrica e i polimeri piezoelettrici sono segnali elettrici misurabili per le sollecitazioni applicate. Un'importante applicazione delle fibre piezoelettriche è la fabbricazione di compositi di fibre piezoelettriche (PFC), che sono una combinazione di rilevamento e guida. La struttura adattiva di sistemi e strutture di materiali intelligenti è una delle caratteristiche che possono essere adattate. Si tratta della realizzazione della forma strutturale e del controllo delle vibrazioni. Questo è vitale per l’aviazione e i veicoli spaziali. I compositi in fibra piezoelettrica (PFC) forniscono un buon materiale per strutture adattative. Oltre alle applicazioni di riduzione del rumore smorzato, per ottenere la miniaturizzazione di sensori e driver e per creare forme complesse, è auspicabile incorporare tecnologie nell'industria dei semiconduttori, come la litografia. Per rendere la litografia facile da eseguire sugli elementi del disco piezoelettrico, è possibile incorporare un materiale polimerico facile da riparare con i raggi ultravioletti in un processo di fusione del nastro ceramico, che può essere utilizzato in una struttura laminata ceramica preparata da un sistema di materiale intelligente. La combinazione delle funzioni di rilevamento e guida con il sistema di controllo può essere utilizzata per depositare una pellicola ceramica elettronica su un circuito integrato di silicio.

I materiali piezoelettrici sono stati ampiamente utilizzati nei campi dell’informazione, della biologia, militare e delle nuove energie. Con lo sviluppo della scienza e della tecnologia moderne, il miglioramento continuo della tecnologia dei materiali piezoelettrici, si ritiene che i materiali piezoelettrici si diffonderanno in ogni angolo della vita quotidiana delle persone. Inoltre, la tecnologia di preparazione e lo sviluppo applicativo dei materiali piezoelettrici continueranno a rappresentare un tema di grande preoccupazione.