Prinsip kesan piezoelektrik dan penggunaan seramik piezo

Apabila sesetengah dielektrik diubah bentuk oleh daya luaran dalam arah tertentu, polarisasi berlaku di dalamnya, dan cas bertentangan positif dan negatif muncul pada dua permukaan bertentangannya. Apabila daya luar dialihkan, ia akan kembali ke keadaan tidak dicas. Fenomena ini dipanggil kesan piezoelektrik positif. Apabila arah daya berubah, kekutuban cas berubah. Sebaliknya, apabila medan elektrik digunakan dalam arah polarisasi dielektrik, dielektrik ini juga berubah bentuk, dan ubah bentuk dielektrik hilang selepas medan elektrik dikeluarkan. Fenomena ini dipanggil kesan piezoelektrik songsang, atau electrostriction. Seramik piezoelektrik sebenarnya adalah seramik ferroelektrik terpolarisasi dengan kesan piezoelektrik. Ia adalah bahan baru untuk maklumat. Seramik piezoelektrik adalah salah satu jenis seramik berfungsi.

Pertama, prinsip kesan piezoelektrik:
   Prinsip kesan piezoelektrik pzt piezo ceramic ialah jika tekanan dikenakan pada bahan piezoelektrik, ia menghasilkan beza potensi (dirujuk sebagai kesan piezoelektrik positif), dan sebaliknya, tegasan mekanikal (dipanggil kesan piezoelektrik songsang) dihasilkan. Jika tekanan adalah getaran frekuensi tinggi, maka arus frekuensi tinggi dihasilkan. Apabila isyarat elektrik frekuensi tinggi digunakan pada seramik piezoelektrik, isyarat akustik frekuensi tinggi (getaran mekanikal) dihasilkan, yang biasanya kita panggil isyarat ultrasonik. Maksudnya, seramik piezoelektrik mempunyai fungsi penukaran dan penukaran songsang antara tenaga mekanikal dan tenaga elektrik, dan hubungan bersama ini sememangnya sangat menarik.Bahan piezoelektrik boleh menjana medan elektrik akibat ubah bentuk mekanikal, atau ubah bentuk mekanikal akibat medan elektrik. Kesan gandingan mekanikal-elektrik yang wujud ini menjadikan bahan piezoelektrik digunakan secara meluas dalam kejuruteraan. Sebagai contoh, bahan piezoelektrik telah digunakan untuk membuat struktur pintar. Sebagai tambahan kepada keupayaan menyokong diri, struktur tersebut mempunyai fungsi seperti diagnosis diri, penyesuaian diri, dan penyembuhan diri, dan ia memainkan peranan penting dalam reka bentuk pesawat masa hadapan.

2. Bahan piezoelektrik
Kesan piezoelektrik bahan piezoelektrik sensor cakera piezo adalah disebabkan oleh susunan khas atom dalam kekisi kristal, yang menjadikan bahan mempunyai kesan gandingan medan tekanan dan medan elektrik. Bergantung pada jenis bahan, bahan piezoelektrik boleh dikelaskan kepada kristal tunggal piezoelektrik, polikristal piezoelektrik (seramik piezoelektrik), polimer piezoelektrik dan bahan komposit piezoelektrik. Mengikut bentuk bahan tertentu, ia boleh dibahagikan kepada dua jenis: bahan piezoelektrik dan filem piezoelektrik.

3. Kristal tunggal piezoelektrik
Kristal tunggal piezoelektrik kebanyakannya adalah transistor besi. Juga termasuk kuarza, kadmium sulfida, zink oksida, aluminium nitrida dan kristal lain. Hablur ferroelektrik ini termasuk transistor oksigen yang mempunyai oktahedron oksigen, seperti kristal barium titanat, litium niobate mempunyai struktur litium niobate, bismut ruthenate, dan kristal strontium ruthenate yang mempunyai struktur gangsa tungsten. Transistor ferroelektrik mengandungi ikatan hidrogen, seperti kalium dihidrogen fosfat, ammonium dihidrogen fosfat, dan hablur hidrogen fosfat (dan plumbum strontium fosfat). Hablur barium titanat atau seumpamanya mempunyai struktur berlapis. Pada masa ini, transistor kuarza bukan feroelektrik yang paling banyak digunakan, transistor tekanan tipikal besi litium niobate dan bismut ruthenate.

4. Polimer piezoelektrik
Seawal tahun 1940, Kesatuan Soviet mendapati bahawa kayu adalah seramik piezoelektrik. Piezoelektrik ditemui dalam tisu seperti rami, buluh sutera, tulang haiwan, kulit, dan saluran darah. Pada tahun 1960, piezoelektrik polimer sintetik telah ditemui. Pada tahun 1969, didapati bahawa polivinilidena fluorida selepas elektrodeposisi mempunyai piezoelektrik yang kuat. Bahan yang mempunyai sifat piezoelektrik yang kuat termasuk PVDF dan kopolimernya, polivinil fluorida, polivinil klorida, poli-γ-metil-L-glutamat, dan nilon-11.

5. Bahan komposit piezoelektrik
Komposit piezoelektrik ialah bahan piezoelektrik yang dikompaun daripada dua atau lebih bahan. Komposit piezoelektrik biasa ialah komposit dua fasa seramik piezoelektrik dan polimer seperti epoksi reaktif polivinilidena fluorida. Bahan komposit ini menggabungkan kekuatan seramik dan polimer piezoelektrik, mempunyai fleksibiliti dan sifat pemprosesan yang sangat baik, dan mempunyai ketumpatan rendah dan mudah dipadankan impedans akustik dengan udara, air dan tisu biologi. Selain itu, komposit piezoelektrik juga mempunyai pemalar piezoelektrik yang tinggi. Komposit piezoelektrik mempunyai pelbagai aplikasi dalam bidang perubatan, penderiaan dan pengukuran.

Penggunaan kesan piezoelektrik seramik piezo

1. Ciri-ciri pembuatan
Seramik piezoelektrik dicirikan oleh rawatan polarisasi seramik feroelektrik di bawah medan elektrik arus terus untuk mempunyai kesan piezoelektrik. Secara amnya, medan elektrik polarisasi ialah 3 hingga 5 kV/mm, suhu ialah 100 hingga 150 °C, dan masanya ialah 5 hingga 20 minit. Ketiga-tiga ini adalah faktor utama yang mempengaruhi kesan polarisasi. Seramik piezoelektrik dengan prestasi yang lebih baik, seperti seramik titanat zirkonat plumbum, mempunyai pekali gandingan elektromekanikal setinggi 0.313 hingga 0.694.

Seramik piezoelektrik digunakan terutamanya dalam pembuatan transduser ultrasonik, transduser hidroakustik, transduser elektroakustik, penapis seramik, transformer seramik, diskriminator seramik, penjana voltan tinggi, pengesan inframerah, peranti permukaan akustik, peranti elektro-optik, pencucuh dan giro piezoelektrik.

2. Sifat seramik
Seramik piezoelektrik mempunyai ciri sensitif dan boleh menukar getaran mekanikal yang sangat lemah kepada isyarat elektrik, yang boleh digunakan dalam sistem sonar, pengesanan cuaca, perlindungan alam sekitar telemetri, perkakas rumah, dll. Gempa bumi adalah bencana yang dahsyat, dan sumber gempa bumi bermula di kedalaman kerak bumi. Sukar untuk diramalkan sebelum ini, dan manusia terperangkap dalam situasi yang memalukan. Kepekaan seramik piezoelektrik kepada daya luaran memungkinkan untuk merasakan gangguan udara oleh serangga terbang mengepakkan sayap lebih daripada sepuluh meter. Ia boleh digunakan untuk membuat seismograf piezoelektrik, yang boleh mengukur dengan tepat keamatan gempa bumi dan menunjukkan arah dan jarak gempa bumi. Ini tidak boleh menjadi pencapaian hebat seramik piezoelektrik. Seramik piezoelektrik menghasilkan sejumlah kecil ubah bentuk di bawah tindakan medan elektrik, sehingga pecahan sepersejuta saiznya sendiri. Jangan anggap remeh perubahan kecil ini, mekanisme kawalan yang tepat berdasarkan prinsip ini--penggerak piezoelektrik, untuk instrumentasi Ketepatan dan kawalan mekanikal, mikroelektronik, biokejuruteraan dan bidang lain adalah rahmat yang besar. Peranti kawalan frekuensi seperti resonator dan penapis ialah peranti utama yang menentukan prestasi peranti komunikasi. Seramik piezoelektrik mempunyai kelebihan yang jelas dalam hal ini. Ia mempunyai kestabilan frekuensi yang baik, ketepatan tinggi dan julat frekuensi yang luas, dan bersaiz kecil, tidak higroskopik, dan panjang dalam hayat. Terutamanya dalam peralatan komunikasi berbilang saluran, ia boleh meningkatkan keupayaan anti-gangguan, supaya peralatan elektromagnet sebelumnya tidak dapat dilihat ke belakang.

3. Aplikasi
Seramik Piezoelektrik ialah bahan elektronik berfungsi baharu dengan kecerdasan tinggi. Dengan penyelidikan berterusan dan penambahbaikan bahan dan proses, aplikasi seramik piezoelektrik menjadi lebih dan lebih meluas. Sebagai mesin, elektrik, bunyi, cahaya, dan bahan sensitif haba, bahan piezoelektrik transduser cakera seramik piezo telah digunakan secara meluas dalam penderia, transduser, ujian tidak merosakkan, dan teknologi komunikasi. Polihablur terbentuk melalui tindak balas fasa pepejal di pelbagai negara di seluruh dunia. Dan nama umum seramik ferroelektrik dengan kesan piezoelektrik oleh rawatan polarisasi voltan tinggi DC adalah sejenis penyelidikan dan pembangunan yang boleh melampirkan kepentingan besar kepada tenaga mekanikal kepada bahan seramik piezoelektrik. Dengan perkembangan teknologi tinggi, aplikasi seramik piezoelektrik akan menjadi lebih dan lebih luas. Selain digunakan dalam bidang berteknologi tinggi, ia lebih kepada berkhidmat kepada orang ramai dalam kehidupan seharian dan mewujudkan kehidupan yang lebih baik untuk orang ramai.

Lima aplikasi biasa seramik piezoelektrik dalam kehidupan seharian kita:
1: Aplikasi kesan piezoelektrik positif dan negatif
2: Buzzer Seramik Piezoelektrik | Pembesar suara
3: Piezoelektrik seramik pikap
4: Piezoelektrik transformer
5: Piezoelektrik penyala seramik
Ia boleh dikatakan bahawa walaupun piezoelektrik seramik adalah bahan baru, ia agak awam. Ia digunakan dalam teknologi tinggi, tetapi lebih kepada kehidupan untuk mencipta kehidupan yang lebih baik untuk orang ramai.