Penggunaan seramik piezoelektrik dalam bidang baharu(1)

Sejak adik-beradik Curie menemui kesan piezoelektrik turmalin pada tahun 1880, sejarah seramik piezoelektrik bermula daripada kuarza dan BaTiO3, seramik telah memainkan peranan penting dalam sejarah piezoelektrik. Walau bagaimanapun, selepas penemuan seramik piezoelektrik PZT, kelajuan penggunaan seramik piezoelektrik telah sangat dipercepatkan, dan penggunaan seramik piezoelektrik telah mengambil situasi baru.

Seramik piezoelektrik ialah bahan seramik berfungsi yang menukar tenaga mekanikal dan tenaga elektrik antara satu sama lain dan mempunyai kesan piezoelektrik. Kesan piezoelektrik yang dipanggil merujuk kepada fenomena bahawa polarisasi (atau medan elektrik) disebabkan oleh tegasan atau tegasan (atau terikan) disebabkan oleh medan elektrik. Yang pertama ialah kesan piezoelektrik positif dan yang kedua adalah kesan piezoelektrik negatif. Kesan elektrik. Setakat ini, kesan piezoelektrik ini daripada transduser tiub piezoelektrik telah digunakan untuk banyak bidang yang berkait rapat dengan kehidupan manusia, termasuk perindustrian, ketenteraan, perubatan, dan kehidupan seharian. Dapat dilihat bahawa penyelidikan seramik piezoelektrik adalah sangat penting. Dengan kemunculan proses baharu dan bahan baharu, seramik piezoelektrik berubah setiap hari. Kertas ini menerangkan beberapa aplikasi baharu seramik piezoelektrik. aplikasi luas seramik piezoelektrik digunakan secara meluas. Secara umum, ia boleh dibahagikan kepada kawalan frekuensi, penderiaan transduser dan peranti optoelektronik. peranti kawalan frekuensi seramik piezoelektrik termasuk penapis, resonator dan talian tunda. Peranti ini digunakan dalam penjejak, mikrokomputer dan litar kelewatan TV berwarna. Lembaran seramik piezoelektrik (penggetar piezoelektrik) menjana getaran mekanikal pada frekuensi tertentu di bawah tindakan voltan ulang-alik luaran. Secara amnya, amplitud getaran sedemikian adalah kecil, tetapi apabila kekerapan voltan yang digunakan adalah sama dengan frekuensi getaran mekanikal semulajadi penggetar piezoelektrik, resonans disebabkan, dan amplitud meningkat dengan banyak. Pada masa ini, medan elektrik berselang-seli menjana terikan oleh kesan piezoelektrik songsang, dan terikan menjana arus oleh kesan piezoelektrik positif.

Peranti piezoelektrik digunakan secara meluas bukan sahaja dalam produk perindustrian dan awam, tetapi juga dalam aplikasi ketenteraan. Sebagai contoh, transduser seramik piezo telah digunakan untuk penyalaan untuk masa yang lama. Pada tahun 1969, China menggunakan bahan piezoelektrik pada fius piezoelektrik, dilengkapi dengan 40 roket baharu, dan memulakan pengeluaran besar-besaran. Keluaran tahunan maksimum melebihi 3 juta keping, dan keluaran kumulatif dalam 103 tahun adalah lebih daripada 20 juta keping. Terdapat hampir 103 jenis, terutamanya digunakan dalam peluru menindik perisai. Bidang penting lain, seperti radar, komunikasi ketenteraan dan peralatan navigasi, memerlukan sejumlah besar penapis piezoceramic dan penapis SAW piezoelektrik. Seperti yang ditunjukkan oleh syarikat teknologi dan penilaian pasaran AS baru-baru ini dalam laporan Tamar, penapis piezoelektrik adalah komponen asas yang tidak banyak diberi perhatian oleh orang ramai, tetapi penting tanpanya. Komunikasi moden, navigasi dan peralatan pertahanan tidak akan berfungsi. Peranan penting penapis piezoelektrik ini telah membentuk pasaran yang besar, dan aplikasinya terus berkembang. Ambil kes saya sebagai contoh. Membangunkan dan menghasilkan banyak jenis penapis seramik piezoelektrik, penapis SAW piezoelektrik, garisan kelewatan SAW dan penggetar selama bertahun-tahun; membangunkan dan menghasilkan pelbagai jenis pecutan piezoelektrik, giros piezoelektrik, dan inklinometer elektrik tekanan, dsb., yang telah digunakan secara meluas dalam aplikasi ketenteraan dan awam.

2 peranti baharu dan aplikasi baharu

Kegunaan biasa untuk penggerak seramik baharu ini termasuk penggerak linear, pam salingan dan rongga, suis, pembesar suara, tolok tekanan, penggetar, pancutan air dan penerima, pemesong optik, geganti, pengurangan hingar dan peranti getaran penolakan serta sistem pintar. Khususnya, penggerak marmar dan kubah mempunyai potensi besar dalam industri automotif, ia boleh digunakan sebagai penderia dan komponen peredam, menukar elemen injap. Penggerak marmar digunakan dalam aplikasi di mana saiznya kecil dan tindak balasnya cepat. Ia telah berjaya digunakan dalam pengimbas optik. Pemacu storan memori berketumpatan tinggi. Satu lagi kemungkinan penggunaan penggerak jenis manik, seperti pemacu CDROM dan pemacu storan memori magnetik-optik, ialah kedudukannya yang tepat untuk pengangkutan. Penggerak marmar dan kubah juga boleh digunakan dalam hidrofon, pecutan dan transduser aeroakustik. Ciri untuk pelbagai jenis penggerak seramik piezo. Penggerak seramik piezoelektrik dan elektrostriktif boleh dibahagikan kepada peranti anjakan tegar dan peranti anjakan resonan. Peranti anjakan resonan ialah regangan berselang-seli yang dijana oleh pengujaan medan elektrik ac pada frekuensi resonan mekanikal, seperti motor ultrasonik piezoelektrik. Untuk menggantikan motor elektromagnet biasa. Penyelidik telah membuat banyak usaha untuk membangunkan motor ultrasonik berkuasa tinggi. Motor ultrasonik dicirikan oleh 'kelajuan rendah dan tork tinggi', yang berbeza secara langsung dengan kelajuan tinggi dan tork kecil motor elektromagnet.

Motor ultrasonik yang sedang dibangunkan mempunyai jenis gelombang berdiri dan jenis gelombang transmisi jenis gelombang berdiri, yang juga dipanggil jenis pengganding getaran. Anggota bergetar digandingkan dengan penggerak piezoelektrik untuk menghasilkan gerakan elips mendatar dari hujung. Secara umum, jenis gelombang berdiri mempunyai kecekapan tinggi, tetapi terdapat kekurangan masalah kawalan arah jam positif dan negatif. Kini, motor ultrasonik linear yang menggabungkan berbilang lapisan penggerak piezoelektrik dan kaki logam berbentuk garpu tala telah dibangunkan. Oleh kerana frekuensi resonans mekanikal antara kedua-dua kaki adalah sedikit berbeza, kedua-dua kaki boleh dikawal dengan menukar frekuensi pemanduan. Perbezaan fasa antara getaran lentur. Pergerakan gelongsornya sama dengan penggunaan kaki depan dan belakang kuda. Apabila didorong dengan voltan 6 V 98 kHz, motor ujian dengan saiz 20 mm × 20 mm × 5 mm mempunyai kelajuan maksimum 20 m/s, daya tarikan maksimum 2 N, dan kecekapan maksimum 20% (kuasa tergerak 0.7 W). Motor ini telah digunakan pada platform ketepatan xY.