I materiali ceramici piezoelettrici sono materiali funzionali che realizzano la conversione tra energia meccanica ed energia elettrica (2)

La preparazione idrotermale dei film spessi presenta numerosi vantaggi:

① Questo processo viene completato in una sola volta in fase liquida e non è richiesto alcun successivo trattamento termico di cristallizzazione, evitando così difetti come fessurazioni, ingrossamento dei grani, reazione con il substrato o l'atmosfera che potrebbero essere causati durante il processo di trattamento termico;
②Le sostanze inorganiche vengono utilizzate come precursori e l'acqua viene utilizzata come mezzo di reazione, le materie prime sono facilmente disponibili, il costo di preparazione della pellicola è ridotto e l'inquinamento ambientale è inferiore;
③ L'attrezzatura è semplice e la temperatura del trattamento idrotermale è bassa, il che evita l'interdiffusione dei componenti del film e del substrato prima e dopo il trattamento idrotermale. Il film risultante ha elevata purezza e buona uniformità. Inoltre, quando questo metodo viene utilizzato per preparare pellicole spesse, le pellicole spesse possono essere depositate su superfici di substrati di varie forme complesse. I film spessi risultanti presentano alcuni vantaggi di polarizzazione spontanea, bassa isteresi e buon legame con i substrati. Allo stato attuale, questo metodo ha attirato sempre più attenzione.

6. Metodo di deposizione elettroforetica
La deposizione elettroforetica (EPD) si riferisce alla dispersione della polvere fine preparata con la stessa composizione del film spesso nella sospensione per formare una sospensione con diverse concentrazioni di cristallo piezoelettrico . Il valore del pH della sospensione viene regolato con una soluzione acido-base. La sospensione stabile si ottiene mediante dispersione ultrasonica e agitazione magnetica e, sotto la pressione costante, le particelle di carica vengono spostate direzionalmente sotto l'azione del campo elettrico, ottenendo così una pellicola spessa con un certo spessore. Il film spesso preparato con questo metodo presenta i vantaggi di un'attrezzatura semplice, formazione rapida del film, forma illimitata delle parti placcate, spessore del film uniforme e controllabile, ecc. Il film spesso risultante può raggiungere decine di micron e la composizione è uniforme e densa.

Applicazione di materiali piezoelettrici a film sottile
I film piezoelettrici sono ampiamente utilizzati grazie alle loro eccellenti prestazioni. I film spessi piezoelettrici possono essere utilizzati per produrre una varietà di microdispositivi, come micropompe, motori a ultrasuoni, risonatori, sensori piroelettrici a film spesso, attuatori a film spesso, pickup micro-energia, ecc.
 
1. Idrofono e sonar
Idrofono a diaframma singolo della General Electric con una pellicola piezoelettrica PVDF spessa 2,5 μm come substrato, possono essere utilizzati in trasduttori medici e NDE e possono essere utilizzati nella gamma di 0,5 ~ 50 HZ Caratterizzazione e calibrazione, grazie alla stabilità e ripetibilità a lungo termine di questi dispositivi, queste caratteristiche degli idrofoni sono state utilizzate per sviluppare un nuovo strumento multi-elemento. Il sistema sonar a scansione subacquea è composto da 100 idrofoni con substrato in PVDF per dispositivi di sicurezza/salvataggio subacquei. Il sistema utilizza la modalità passiva con una frequenza operativa compresa tra 1 e 1 000 HZ. Può anche essere utilizzato in modalità attiva a tre frequenze diverse. Può essere rilevato con questo sistema. Piccoli sottomarini fino a 3 km di distanza possono anche rilevare motori fino a 600 m e la deviazione angolare è inferiore a 5 mm. Il recente modello di calcolo dell'idrofono mostra che se l'elemento PVDF è progettato correttamente nella dimostrazione del sistema, l'idrofono può rilevare segnali superiori a 10 dB.

2. Antivegetativa
Il trasduttore ultrasonico piezoelettrico ha una prospettiva molto ampia nelle applicazioni antivegetative. Attualmente, l'Istituto Nazionale di Ricerca e l'Università di Montrich in Francia hanno condotto una ricerca sull'antivegetativa delle pellicole piezoelettriche. La pellicola piezoelettrica si è rivelata più efficace per misurare la vibrazione del polimero nel guscio. Pertanto, può essere utilizzato per prevenire l'avvicinamento della maggior parte degli organismi marini che causerebbero l'inquinamento delle navi. Inoltre, l'Istituto di ricerca scientifica di Delft nei Paesi Bassi sta estendendo le conclusioni ottenute a strutture metalliche più grandi, come i gusci di navi mercantili o di navi. Parallelamente si sta studiando lo stesso principio su come produrre superfici antigelo sugli aerei.

3. Medicina
Attualmente, le persone stanno studiando attivamente l'applicazione del PVD F in medicina. In molti paesi, ogni anno molti bambini muoiono di SIDS o di altre sindromi. Per ridurre il tasso di morte improvvisa dei bambini, almeno tre aziende nei Paesi Bassi, in Germania e negli Stati Uniti stanno producendo un monitor respiratorio. Questo monitor mette un tappetino con una pellicola piezoelettrica in PVDF sotto il corpo del bambino per monitorare continuamente le leggere vibrazioni causate dalla respirazione e dal battito cardiaco (soprattutto di notte). Dopo un certo periodo di tempo, attiverà un allarme, che può prevenire la morte per soffocamento del bambino in modo tempestivo ed efficace.

4. Elettrodi
Se la superficie esterna dell'elettrodo è ricoperta da uno strato di polimero piezoelettrico PVDF, può convertire informazioni quali vibrazione, impatto, pressione, stress e deformazione in segnali elettrici. Per questo tipo di elettrodo, per l'ingresso quasi statico da bassa frequenza ad alta frequenza, la sua uscita può sempre mantenere le sue caratteristiche di frequenza e l'uscita del segnale elettrico è correlata linearmente alla pressione applicata. Allo stesso tempo, questo elettrodo ha anche una buona stabilità della temperatura, adatto a vari ambienti di -40 ~ 70 ℃. L'intervallo è generalmente compreso tra 0,25 e 25 p C / N. Avvolgendo lo stretto foglio piezoelettrico in un cerchio, è possibile ottenere un elettrodo piezoelettrico sensibile con un valore di 40 p C / N.

5. Aviazione e navigazione
Il 'Sistema portatile automatico di ispezione remota' sviluppato da Sigma Research, abbreviato in PAR IS, è uno dei primi dispositivi avanzati ad entrare nell'era delle merci. Questo sistema è specificamente progettato per l'ispezione in situ di strutture stratificate o composite di grandi dimensioni.

L'elemento chiave di Il sensore piezoelettrico è un film piezoelettrico deformabile in PVDF da 200 × 200 mm, che contiene 1024 trasduttori. La flessibilità di questa pellicola è molto buona e può adattarsi completamente alla superficie curva con un raggio di curvatura di 4. Il dispositivo ad essa collegato dispone anche di un controller portatile, un campionatore di dati e un dispositivo di visualizzazione. Questo ricevitore ha un rapporto segnale/rumore totale di 100 dB e una frequenza centrale di 2,5 MHz. I compositi grafite-epossidici su aeroplani o grandi strutture su navi possono essere utilizzati per test convenienti. Per l'alluminio e l'acciaio si sono già ottenuti risultati soddisfacenti al riguardo. Per questa particolare applicazione del PVDF si è riscontrato che un film con polarità biassiale è più adatto di uno con polarità monoassiale.

6. Monitoraggio strutturale
Il film piezoelettrico PVD F ha anche alcune applicazioni nel monitoraggio strutturale. È stato effettuato uno studio sistematico sulle caratteristiche di base della struttura di monitoraggio della pellicola piezoelettrica in PVDF ed è stato eseguito un test di risposta dinamica e statica della struttura di monitoraggio della pellicola piezoelettrica in PVDF. Allo stesso tempo, è stata effettuata anche una ricerca preliminare sul carico d'urto della struttura utilizzando la pellicola piezoelettrica in PVDF. I risultati mostrano che l'uso della pellicola piezoelettrica PVD F può monitorare il carico d'impatto sulla struttura in tempo reale e può riflettere il danno da impatto sulla struttura nel tempo. Poiché l'applicazione dei materiali piezoelettrici a film sottile è sempre più estesa, sarà ben sviluppata in futuro. Anche la tecnologia di produzione del film sottile piezoelettrico si svilupperà verso alta efficienza, basso costo e alta qualità. Poiché il metodo CVD ha una copertura migliore, può essere depositato su fori profondi, gradini, depressioni o altre forme tridimensionali complesse. Inoltre, il metodo di deposizione chimica in fase vapore può anche controllare il rapporto stechiometrico della pellicola preparata in un ampio intervallo, il che è molto importante rispetto ad altri metodi.
Il costo e i costi operativi delle apparecchiature per la deposizione di vapori chimici sono relativamente bassi, adatti alla produzione di massa e alla produzione continua e hanno una buona compatibilità con altre procedure di lavorazione. Pertanto, in futuro, l'uso del metodo CVD per preparare film piezoelettrici sarà ben applicato e i film piezoelettrici saranno utilizzati meglio.