Principio dell'effetto piezoelettrico e sua applicazione alla ceramica piezoelettrica

Quando alcuni dielettrici vengono deformati da una forza esterna in una certa direzione, al loro interno avviene la polarizzazione e sulle due superfici opposte degli stessi compaiono cariche opposte positive e negative. Quando la forza esterna viene rimossa, tornerà allo stato scarico. Questo fenomeno è chiamato effetto piezoelettrico positivo. Quando cambia la direzione della forza, cambia la polarità della carica. Al contrario, quando viene applicato un campo elettrico nella direzione di polarizzazione del dielettrico, anche questi dielettrici vengono deformati e la deformazione del dielettrico scompare dopo la rimozione del campo elettrico. Questo fenomeno è chiamato effetto piezoelettrico inverso o elettrostrizione. La ceramica piezoelettrica è in realtà una ceramica ferroelettrica polarizzata con effetto piezoelettrico. È un nuovo materiale informativo. La ceramica piezoelettrica è un tipo di ceramica funzionale.

Innanzitutto il principio dell'effetto piezoelettrico:
   Il principio dell'effetto piezoelettrico pzt piezo ceramico è che se viene applicata una pressione al materiale piezoelettrico, si genera una differenza di potenziale (chiamato effetto piezoelettrico positivo) e viceversa, viene generato uno stress meccanico (chiamato effetto piezoelettrico inverso). Se la pressione è una vibrazione ad alta frequenza, viene generata una corrente ad alta frequenza. Quando un segnale elettrico ad alta frequenza viene applicato a una ceramica piezoelettrica, viene generato un segnale acustico ad alta frequenza (vibrazione meccanica), che è quello che comunemente chiamiamo segnale ultrasonico. Vale a dire, la ceramica piezoelettrica ha la funzione di conversione e conversione inversa tra energia meccanica ed energia elettrica, e questa relazione reciproca è davvero molto interessante. I materiali piezoelettrici possono generare campi elettrici a causa della deformazione meccanica o deformazione meccanica dovuta al campo elettrico. Questo effetto di accoppiamento meccanico-elettrico intrinseco rende i materiali piezoelettrici ampiamente utilizzati in ingegneria. Ad esempio, i materiali piezoelettrici sono stati utilizzati per realizzare strutture intelligenti. Oltre alle capacità autoportanti, tali strutture hanno funzioni come l’autodiagnosi, l’autoadattamento e l’autoriparazione e svolgono un ruolo importante nella futura progettazione degli aeromobili.

2. Materiale piezoelettrico
L'effetto piezoelettrico dei materiali piezoelettrici Il sensore a disco piezoelettrico è dovuto alla speciale disposizione degli atomi nel reticolo cristallino, che fa sì che il materiale abbia l'effetto di accoppiare il campo di stress e il campo elettrico. A seconda del tipo di materiale, i materiali piezoelettrici possono essere classificati in cristalli singoli piezoelettrici, policristalli piezoelettrici (ceramiche piezoelettriche), polimeri piezoelettrici e materiali compositi piezoelettrici. In base alla forma specifica del materiale, può essere suddiviso in due tipi: materiale piezoelettrico e pellicola piezoelettrica.

3. Singolo cristallo piezoelettrico
I singoli cristalli piezoelettrici sono principalmente transistor di ferro. Sono inclusi anche quarzo, solfuro di cadmio, ossido di zinco, nitruro di alluminio e altri cristalli. Questi cristalli ferroelettrici includono un transistor di ossigeno avente un ottaedro di ossigeno, come il cristallo di titanato di bario, il niobato di litio avente una struttura di niobato di litio, il rutenato di bismuto e il cristallo di rutenato di stronzio avente una struttura di bronzo al tungsteno. Un transistor ferroelettrico contiene un legame idrogeno, come cristalli di fosfato monobasico di potassio, fosfato monobasico di ammonio e cristalli di fosfato idrogeno di piombo (e fosfato di piombo stronzio). Un cristallo di titanato di bario o simile avente una struttura a strati. Attualmente, il transistor al quarzo non ferroelettrico più utilizzato è il niobato di litio e il rutenato di bismuto, tipici transistor a pressione in ferro.

4. Polimero piezoelettrico
Già nel 1940, l'Unione Sovietica scoprì che il legno era una ceramica piezoelettrica. La piezoelettricità è stata trovata in tessuti come ramiè, seta di bambù, ossa di animali, pelle e vasi sanguigni. Nel 1960 fu scoperta la piezoelettricità dei polimeri sintetici. Nel 1969, si scoprì che il fluoruro di polivinilidene dopo l'elettrodeposizione ha una forte piezoelettricità. I materiali con forti proprietà piezoelettriche includono PVDF e i suoi copolimeri, fluoruro di polivinile, cloruro di polivinile, poli-γ-metil-L-glutammato e nylon-11.

5. Materiali compositi piezoelettrici
I compositi piezoelettrici sono materiali piezoelettrici composti da due o più materiali. I comuni compositi piezoelettrici sono compositi bifase di ceramiche piezoelettriche e polimeri come la resina epossidica reattiva al fluoruro di polivinilidene. Questo materiale composito combina i punti di forza delle ceramiche e dei polimeri piezoelettrici, ha eccellenti proprietà di flessibilità e lavorazione, ha una bassa densità ed è facile da abbinare all'impedenza acustica con aria, acqua e tessuti biologici. Inoltre, i compositi piezoelettrici hanno anche un’elevata costante piezoelettrica. I compositi piezoelettrici hanno una vasta gamma di applicazioni nei campi della medicina, del rilevamento e della misurazione.

Applicazione dell'effetto piezoelettrico della ceramica piezoelettrica

1. Caratteristiche di produzione
Le ceramiche piezoelettriche sono caratterizzate dal trattamento di polarizzazione delle ceramiche ferroelettriche sotto un campo elettrico a corrente continua per avere un effetto piezoelettrico. Generalmente, il campo elettrico di polarizzazione è compreso tra 3 e 5 kV/mm, la temperatura è compresa tra 100 e 150 °C e il tempo è compreso tra 5 e 20 minuti. Questi tre sono i principali fattori che influenzano l’effetto di polarizzazione. Le ceramiche piezoelettriche con prestazioni migliori, come le ceramiche di piombo zirconato titanato, hanno un coefficiente di accoppiamento elettromeccanico compreso tra 0,313 e 0,694.

Le ceramiche piezoelettriche sono utilizzate principalmente nella produzione di trasduttori ultrasonici, trasduttori idroacustici, trasduttori elettroacustici, filtri ceramici, trasformatori ceramici, discriminatori ceramici, generatori di alta tensione, rilevatori a infrarossi, dispositivi acustici di superficie, dispositivi elettro-ottici, accenditore e giroscopio piezoelettrico.

2. Proprietà della ceramica
La ceramica piezoelettrica ha caratteristiche sensibili e può convertire vibrazioni meccaniche estremamente deboli in segnali elettrici, che possono essere utilizzati nei sistemi sonar, nel rilevamento meteorologico, nella protezione ambientale della telemetria, negli elettrodomestici, ecc. I terremoti sono disastri devastanti e la fonte del terremoto inizia nelle profondità della crosta terrestre. Prima era difficile prevederlo e gli esseri umani si sono trovati in una situazione imbarazzante. La sensibilità della ceramica piezoelettrica alla forza esterna permette di percepire il disturbo dell'aria causato dagli insetti volanti che sbattono le ali per più di dieci metri. Può essere utilizzato per realizzare il sismografo piezoelettrico, che può misurare con precisione l'intensità del terremoto e indicare la direzione e la distanza del terremoto. Questo non può essere un grande risultato della ceramica piezoelettrica. Le ceramiche piezoelettriche producono una piccola deformazione sotto l'azione di un campo elettrico, fino a una frazione di un milionesimo della loro stessa dimensione. Non sottovalutare questo piccolo cambiamento, il meccanismo di controllo preciso basato su questo principio: l'attuatore piezoelettrico, per la strumentazione di precisione e il controllo meccanico, la microelettronica, la bioingegneria e altri campi sono un grande vantaggio. I dispositivi di controllo della frequenza come risonatori e filtri sono i dispositivi chiave che determinano le prestazioni dei dispositivi di comunicazione. La ceramica piezoelettrica presenta evidenti vantaggi a questo riguardo. Ha una buona stabilità di frequenza, alta precisione e un'ampia gamma di frequenze, è di piccole dimensioni, non igroscopico e di lunga durata. Soprattutto nelle apparecchiature di comunicazione multicanale, può migliorare la capacità anti-interferenza, in modo che le precedenti apparecchiature elettromagnetiche non possano essere guardate indietro.

3. Applicazione
Le ceramiche piezoelettriche sono nuovi materiali elettronici funzionali con elevata intelligenza. Con la continua ricerca e miglioramento di materiali e processi, l'applicazione della ceramica piezoelettrica sta diventando sempre più ampia. Come macchina, materiali sensibili all'elettricità, al suono, alla luce e al calore, materiali piezoelettrici Il trasduttore piezoelettrico a disco ceramico è stato ampiamente utilizzato in sensori, trasduttori, test non distruttivi e tecnologie di comunicazione. I policristalli si formano mediante reazione in fase solida in vari paesi del mondo. E il nome generale della ceramica ferroelettrica con effetto piezoelettrico mediante trattamento di polarizzazione ad alta tensione CC è un tipo di ricerca e sviluppo che può attribuire grande importanza all'energia meccanica dei materiali ceramici piezoelettrici. Con lo sviluppo dell'alta tecnologia, l'applicazione della ceramica piezoelettrica diventerà sempre più ampia. Oltre ad essere utilizzato in campi high-tech, si tratta soprattutto di servire le persone nella vita quotidiana e di creare una vita migliore per le persone.

Cinque applicazioni comuni della ceramica piezoelettrica nella nostra vita quotidiana:
1: Applicazione dell'effetto piezoelettrico positivo e negativo
2: Cicalino piezoelettrico in ceramica | Altoparlante
3: Pickup piezoelettrico in ceramica
4: Trasformatore piezoelettrico
5: Accenditore piezoelettrico in ceramica
Si può dire che sebbene la ceramica piezoelettrica sia un materiale nuovo, è abbastanza civile. È utilizzato nell'alta tecnologia, ma è più importante nella vita creare una vita migliore per le persone.