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Applicazione di materiali piezoelettrici ed effetti piezoelettrici

Visualizzazioni: 2 Autore: Editor del sito Orario di pubblicazione: 24/09/2019 Origine: Sito

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Il rapido sviluppo dell’economia mondiale ha portato ad un forte aumento del consumo energetico. Con l’esaurimento delle fonti energetiche non rinnovabili e la protezione dell’ambiente, i paesi stanno sviluppando vigorosamente energia pulita e sostenibile. L'energia pulita come la luce, l'energia eolica e quella solare stanno gradualmente causando
L'effetto piezoelettrico può essere utilizzato per la generazione di energia a pressione, perché presenta i vantaggi di una struttura semplice, senza calore, senza interferenze elettromagnetiche, senza inquinamento, miniaturizzazione e integrazione facili da ottenere e con il miglioramento delle proprietà piezoelettriche dei materiali piezoelettrici trasduttore a disco piezoelettrico e nuova elettronica di potenza. L’utilizzo dei dispositivi può soddisfare i requisiti energetici dei prodotti a basso consumo energetico e diventare uno dei punti caldi della ricerca attuale.
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1 Principio dell'effetto piezoelettrico
Quando alcuni dielettrici vengono deformati da forze esterne in una certa direzione, mentre avviene la polarizzazione interna, appaiono cariche positive e negative su due superfici opposte del piezocristallo. Questo fenomeno è chiamato effetto piezoelettrico. L'effetto piezoelettrico si divide in effetto piezoelettrico positivo ed effetto piezoelettrico inverso. Il cosiddetto effetto piezoelettrico positivo si riferisce all'effetto del mezzo che viene dielettrico dall'azione dello stress meccanico e carica la superficie. Al contrario, quando viene applicato un campo elettrico all'esterno del cristallo, il cristallo interessato dal campo elettrico subirà una deformazione meccanica, chiamata effetto piezoelettrico inverso.

2 Classificazione dei materiali piezoelettrici
I materiali piezoelettrici hanno raggiunto diversi traguardi nei cristalli di quarzo, nelle ceramiche piezoelettriche, nei polimeri piezoelettrici e nei compositi piezoelettrici. Vengono brevemente introdotte le principali tipologie di materiali piezoelettrici.

1) Cristallo ceramico piezoelettrico.
I cristalli piezoelettrici sono i materiali utilizzati nell'effetto piezoelettrico iniziale, principalmente cristallo di quarzo (SiO2), cristallo piezoelettrico idrosolubile (tartrato di sodio e potassio) e cristallo di niobato di litio. A causa delle prestazioni stabili del monocristallo piezoelettrico, il costo è elevato. Solo per strumenti standard o sensori con requisiti di elevata precisione. Lo sviluppo della tecnologia ceramica piezoelettrica ha gradualmente sostituito la tendenza dei materiali di cui sopra. Tuttavia, negli ultimi anni, studiosi di vari paesi hanno lavorato molto per lo sviluppo di nuovi materiali piezoelettrici cristallini. Allo stato attuale, un piezoelettrico monocristallo È stato sviluppato un disco ceramico piezoelettrico con un massimo di 2600pc/N e un k33 fino a 0,95 e la sua densità di accumulo di energia può raggiungere 130J/kg, che è più di 10 volte la densità di accumulo della ceramica piezoelettrica. Sono state effettuate ricerche sul processo di produzione dei materiali piezoelettrici e il successo della produzione di massa amplierà sicuramente l'ulteriore applicazione dei materiali piezoelettrici.

2) Materiale piezoelettrico a base di PbTiO3.
I materiali piezoelettrici PbTiO3 (denominati PT) sono stati ampiamente utilizzati nella fabbricazione di componenti ceramici piezoelettrici ad alta frequenza e ad alta temperatura. Attualmente sono state condotte alcune ricerche su questo materiale, principalmente nella preparazione della nanopolvere di PbTiO3, compresa la produzione di materie prime, metodi di produzione e processi di fabbricazione. La diversità delle materie prime e il continuo aggiornamento dei processi produttivi hanno fatto sì che le prestazioni di PbTiO3 migliorassero continuamente. Attualmente, il materiale è stato ampiamente utilizzato nei test non distruttivi su trasduttori, ultrasuoni e industriali.

3) Ceramiche piezoelettriche.
Le ceramiche piezoelettriche sono materiali piezoelettrici policristallini fabbricati artificialmente. Lo sviluppo della tecnologia di lavorazione ha consentito di ridurre le dimensioni della ceramica piezoelettrica a sub-micron, in modo che il substrato possa essere reso più sottile e appaiano ceramiche piezoelettriche a grana fine. Questo materiale aumenta la frequenza dell'array e riduce la perdita dell'array, ma riduce anche gli effetti dell'effetto piezoelettrico. Lo sviluppo della nanotecnologia ha migliorato l'effetto piezoelettrico delle ceramiche piezoelettriche a grana fine e il suo effetto piezoelettrico è paragonabile a quello delle ceramiche piezoelettriche a grana grossa. Allo stato attuale, la ricerca e lo sviluppo di materiali ceramici piezoelettrici preoccupano tutti i paesi.

4) Compositi ad alto contenuto polimerico.
La ricerca sui compositi polimerici piezoelettrici è iniziata all'inizio degli anni '70. Dal punto di vista dell'uso, i polimeri piezoelettrici possono essere classificati in plastica piezoelettrica, gomme piezoelettriche, resine piezoelettriche, compositi piezoelettrici ad alto polimero e polipeptidi sintetici. Le plastiche piezoelettriche sono basate su polimeri piezoelettrici sintetici o naturali, che possono essere modellati durante la lavorazione, mentre il prodotto può infine mantenere una forma costante di polimero piezoelettrico. La gomma piezoelettrica è un termine generale per polimeri piezoelettrici altamente elastici. In generale, i polimeri piezoelettrici con grande allungamento, resistenza alla trazione e resilienza nell'intervallo di temperature da -130 ° C a 150 ° C sono tutti pressati nel polimero piezoelettrico lavorato. La gomma elettrica, in particolare, può essere divisa in gomma siliconica piezoelettrica, gomma fluorurata piezoelettrica e così via. La resina piezoelettrica è un polimero piezoelettrico amorfo semisolido, solido o pseudo-solido, resina piezoelettrica piezoelettrica trasparente o traslucida come nylon-11, copolimero amorfo polare alternato di cianuro - acetato di vinile, polipropilene, policarbonato e simili. Viene quindi sviluppato un materiale composito piezoelettrico ad alto polimero, composto da due o più materiali piezoelettrici diversi attraverso miscelazione fisica o innesto chimico, ecc., che sono 'lunghezza per lunghezza' e hanno prestazioni migliori di qualsiasi di essi. Un materiale, la resina epossidica PZT, il materiale piezoelettrico polimerico ceramico è più comunemente usato. Non esistono limiti rigidi per i polimeri piezoelettrici, siano essi derivati dalla composizione del materiale o dalla forma del prodotto finito.

3 Applicazione dell'effetto piezoelettrico
La tecnologia dell'effetto piezoelettrico è stata ampiamente utilizzata nella fabbricazione di vari trasduttori, attuatori e sensori. Un tipico esempio dell'applicazione degli effetti piezoelettrici nei trasduttori è l'applicazione dei ritardi temporali del segnale elettrico. In passato, la linea di ritardo fabbricata dalla linea di trasmissione aveva un volume elevato e la perdita di segnale era elevata durante la trasmissione. Il trasduttore piezoelettrico è collegato al trasduttore trasmittente e al trasduttore ricevente su un mezzo solido e il segnale elettrico viene trasmesso attraverso l'effetto piezoelettrico inverso. Il segnale viene convertito in segnale acustico e propagato in un mezzo solido. Dopo un periodo di tempo, il segnale acustico viene convertito in segnale elettrico dal trasduttore ricevente attraverso l'effetto piezoelettrico positivo e l'attività di ritardo del segnale è completata. Poiché la velocità delle onde sonore in un mezzo solido è cinque ordini di grandezza inferiore a quella di un'onda elettromagnetica, il ritardo del segnale può essere ottenuto solo con un piccolo mezzo solido. La linea di ritardo realizzata dal trasduttore piezoelettrico ha le caratteristiche di volume ridotto, leggerezza, prestazioni stabili e simili ed è relativamente facile da produrre. Vari attuatori possono essere realizzati utilizzando l'effetto piezoelettrico inverso. Gli attuatori piezoelettrici possono essere suddivisi in driver di spostamento rigidi e driver di spostamento risonanti in base a diversi metodi di guida. Gli attuatori piezoelettrici non richiedono un meccanismo di trasmissione e raggiungono un'elevata precisione di controllo dello spostamento. Allo stesso tempo, la velocità di risposta è rapida, non vi è alcun intervallo di anastomosi meccanica, è possibile realizzare il controllo dello spostamento di follow-up della tensione e la potenza in uscita è elevata mentre il consumo energetico è basso. La Cina ha ottenuto risultati eccezionali in questo campo, come i motori piezoelettrici a ultrasuoni, i micro-robot e le minuscole pinze. Vari sensori possono essere fabbricati utilizzando l'effetto piezoelettrico, come sensori di pressione piezoelettrici, sensori a ultrasuoni e sensori di accelerazione piezoelettrici.

Gli accelerometri piezoelettrici sono caratterizzati da struttura semplice, dimensioni ridotte, leggerezza e lunga durata. Sono stati ampiamente utilizzati nella misurazione delle vibrazioni e degli urti di aerei, automobili, navi, ponti ed edifici, in particolare nell'aviazione e hanno uno status speciale nel campo aerospaziale. I sensori piezoelettrici possono essere utilizzati anche per misurare la pressione e il vuoto della combustione interna e vengono utilizzati nell'industria militare e nelle misurazioni biomediche. Inoltre, la tecnologia di misurazione piezoelettrica può essere utilizzata anche per realizzare vari strumenti di misurazione come giroscopi piezoelettrici e misuratori di portata piezoelettrici, nonché discriminatori, oscillatori piezoelettrici, trasformatori, filtri, ecc., che vengono prodotti nella produzione, nella vita, nella ricerca scientifica e nella difesa nazionale. disco piezoelettrico

Con i suoi vantaggi unici, effetto piezoelettrico La tecnologia dei trasduttori ceramici HIFU è stata ampiamente utilizzata nella crescente domanda di energia odierna. In questo articolo, i materiali piezoelettrici vengono introdotti sotto quattro aspetti: cristallo piezoelettrico, materiale piezoelettrico PbTiO3, ceramica piezoelettrica e composito ad alto contenuto polimerico. Viene fornita l'applicazione di questa tecnologia in trasduttori, attuatori e sensori. Credo che lo sviluppo della tecnologia piezoelettrica ci porterà un domani migliore. Per garantire la qualità della costruzione e ridurre il verificarsi di incidenti legati alla sicurezza durante il processo di costruzione. L'introduzione di nuove tecnologie nel processo di costruzione può non solo migliorare la qualità della costruzione, ma anche migliorare la sicurezza del processo di costruzione, come l'uso della tecnologia delle apparecchiature di collaudo online in tempo reale.

4) Rafforzare la manutenzione delle macchine edili.
Nell'uso a lungo termine delle macchine edili elettriche, saranno influenzate dall'inquinamento industriale e dall'inquinamento ambientale. Per ridurre questi effetti è necessario prepararsi adeguatamente prima della costruzione. Ad esempio, il trattamento pre-corrosivo dei cavi isolati prima della costruzione o la selezione di isolanti con una forte capacità antinquinamento e la regolare manutenzione e manutenzione delle apparecchiature.