Nieuws

Je bent hier: Thuis / Nieuws / Basisprincipes van piëzo-elektrische keramiek / Toepassing van piëzo-elektrische materialen en piëzo-elektrische effecten

Toepassing van piëzo-elektrische materialen en piëzo-elektrische effecten

Bekeken: 2 Auteur: Site-editor Publicatietijd: 24-09-2019 Herkomst: Locatie

Informeer

De snelle ontwikkeling van de wereldeconomie heeft geleid tot een sterke stijging van het energieverbruik. Met de uitputting van niet-hernieuwbare energiebronnen en de bescherming van het milieu ontwikkelen landen krachtig duurzame schone energie. Schone energie zoals licht-, wind- en zonne-energie veroorzaakt geleidelijk
het piëzo-elektrische effect kan worden gebruikt voor de opwekking van drukenergie, omdat het de voordelen heeft van een eenvoudige structuur, geen warmte, geen elektromagnetische interferentie, geen vervuiling, gemakkelijk te bereiken miniaturisatie en integratie, en met de verbetering van de piëzo-elektrische eigenschappen van piëzo-elektrische materialen piëzo-elektrische schijftransducer en nieuwe vermogenselektronica. Het gebruik van apparaten kan voldoen aan de stroomvereisten van energiezuinige producten en kan een van de hotspots van het huidige onderzoek worden.
.
1 Principe van piëzo-elektrisch effect
Wanneer sommige diëlektrica door externe krachten in een bepaalde richting worden vervormd, terwijl interne polarisatie optreedt, verschijnen er positieve en negatieve ladingen op twee tegenover elkaar liggende oppervlakken van het piëzokristal. Dit fenomeen wordt piëzo-elektrisch effect genoemd. Het piëzo-elektrisch effect is verdeeld in een positief piëzo-elektrisch effect en een omgekeerd piëzo-elektrisch effect. Het zogenaamde positieve piëzo-elektrische effect verwijst naar het effect van het diëlektrisch maken van het medium door de werking van mechanische spanning en het opladen van het oppervlak. Omgekeerd, wanneer een elektrisch veld buiten het kristal wordt aangelegd, zal het door het elektrische veld beïnvloede kristal mechanische vervorming ondergaan, het omgekeerde piëzo-elektrische effect genoemd.

2 Classificatie van piëzo-elektrische materialen
Piëzo-elektrische materialen hebben verschillende mijlpalen bereikt in kwartskristallen, piëzo-elektrische keramiek, piëzo-elektrische polymeren en piëzo-elektrische composieten. De belangrijkste soorten piëzo-elektrische materialen worden kort geïntroduceerd.

1) Piëzo-elektrisch keramiekkristal.
Piëzo-elektrische kristallen zijn de materialen die worden gebruikt bij het vroege piëzo-elektrische effect, voornamelijk kwartskristal (SiO2), in water oplosbaar piëzo-elektrisch kristal (kaliumnatriumtartraat) en lithiumniobaatkristal. Vanwege de stabiele prestaties van piëzo-elektrische monokristallen zijn de kosten hoog. Alleen voor standaardinstrumenten of sensoren met hoge nauwkeurigheidseisen. De ontwikkeling van piëzo-elektrische keramische technologie heeft geleidelijk de trend van de bovengenoemde materialen vervangen. De afgelopen jaren hebben wetenschappers uit verschillende landen echter veel werk verricht voor de ontwikkeling van nieuwe kristallijne piëzo-elektrische materialen. Momenteel een piëzo-elektrisch monokristallijn systeem Er is een piëzo-keramische schijf met een maximum van 2600 pc/N en een k33 van maximaal 0,95 ontwikkeld, en de energieopslagdichtheid kan 130 J/kg bereiken, wat meer dan 10 keer de opslagdichtheid van piëzo-elektrische keramiek is. Er is onderzoek gedaan naar het productieproces van piëzo-elektrische materialen en het succes van massaproductie zal de verdere toepassing van piëzo-elektrische materialen zeker uitbreiden.

2) PbTiO3-gebaseerd piëzo-elektrisch materiaal.
PbTiO3 (ook wel PT genoemd) piëzo-elektrische materialen worden op grote schaal gebruikt bij de vervaardiging van piëzo-elektrische keramische componenten met hoge frequentie en hoge temperaturen. Momenteel zijn er enkele onderzoeken naar dit materiaal uitgevoerd, voornamelijk op het gebied van de bereiding van PbTiO3-nanopoeder, inclusief de productie van grondstoffen, productiemethoden en productieprocessen. De diversiteit aan grondstoffen en de voortdurende vernieuwing van productieprocessen hebben ervoor gezorgd dat de prestaties van PbTiO3 voortdurend zijn verbeterd. Momenteel wordt het materiaal op grote schaal gebruikt bij transducer-, ultrasone en industriële niet-destructieve tests.

3) Piëzo-elektrische keramiek.
Piëzo-elektrische keramiek is kunstmatig vervaardigde polykristallijne piëzo-elektrische materialen. De ontwikkeling van de verwerkingstechnologie heeft het mogelijk gemaakt de grootte van piëzo-elektrische keramiek terug te brengen tot submicron, zodat het substraat dunner kan worden gemaakt en er fijnkorrelige piëzo-elektrische keramiek ontstaat. Dit materiaal verhoogt de arrayfrequentie en vermindert het arrayverlies, maar vermindert ook de effecten van het piëzo-elektrische effect. De ontwikkeling van nanotechnologie heeft het piëzo-elektrische effect van fijnkorrelige piëzo-elektrische keramiek verbeterd, en het piëzo-elektrische effect is vergelijkbaar met dat van grofkorrelige piëzo-elektrische keramiek. Momenteel is het onderzoek en de ontwikkeling van piëzo-elektrische keramische materialen van belang voor alle landen.

4) Composieten met een hoog polymeergehalte.
Het onderzoek naar piëzo-elektrische polymeercomposieten begon begin jaren zeventig. Vanuit het perspectief van gebruik kunnen piëzo-elektrische polymeren worden geclassificeerd in piëzo-elektrische kunststoffen, piëzo-elektrische rubbers, piëzo-elektrische harsen, piëzo-elektrische hoogpolymeercomposieten en synthetische polypeptiden. Piëzo-elektrische kunststoffen zijn gebaseerd op synthetische of natuurlijke piëzo-elektrische polymeren, die tijdens de verwerking kunnen worden gevormd, terwijl het product uiteindelijk een constante vorm van piëzo-elektrische polymeer kan behouden. Piëzo-elektrisch rubber is een algemene term voor zeer elastische piëzo-elektrische polymeren. Over het algemeen worden piëzo-elektrische polymeren met grote rek, treksterkte en veerkracht in het temperatuurbereik van -130 ° C tot 150 ° C allemaal in het verwerkte piëzo-elektrische polymeer geperst. Elektrisch rubber kan specifiek worden onderverdeeld in piëzo-elektrisch siliconenrubber, piëzo-elektrisch fluorrubber enzovoort. Piëzo-elektrische hars is een halfvast, vast of pseudo-vast amorf piëzo-elektrisch polymeer, transparant of doorschijnend, piëzo-elektrische piëzo-elektrische hars zoals nylon-11, amorf polair alternerend copolymeer van cyanide - vinylacetaat, polypropyleen, polycarbonaat en dergelijke. Vervolgens wordt een piëzo-elektrisch hoogpolymeercomposietmateriaal ontwikkeld, dat is samengesteld uit twee of meer verschillende piëzo-elektrische materialen door middel van fysieke menging of chemische enting, enz., die 'van lengte tot lengte' zijn en betere prestaties leveren dan alle andere. Een materiaal, PZT-epoxyhars, keramisch-polymeer piëzo-elektrisch materiaal wordt vaker gebruikt. Er zijn geen strikte limieten voor piëzo-elektrische polymeren, of ze nu zijn afgeleid van de samenstelling van het materiaal of de vorm van het eindproduct.

3 Toepassing van piëzo-elektrische effecten
Piëzo-elektrische effecttechnologie wordt op grote schaal gebruikt bij de vervaardiging van verschillende transducers, actuatoren en sensoren. Een typisch voorbeeld van de toepassing van piëzo-elektrische effecten in transducers is de toepassing van tijdvertragingen voor elektrische signalen. In het verleden had de door de transmissielijn vervaardigde vertragingslijn een groot volume en was het signaalverlies groot tijdens de transmissie. De piëzo-elektrische transducer is op een vast medium aan de zendende transducer en de ontvangende transducer bevestigd en het elektrische signaal wordt verzonden via het omgekeerde piëzo-elektrische effect. Het signaal wordt omgezet in een akoestisch signaal en verspreid in een vast medium. Na een bepaalde tijd wordt het akoestische signaal door de ontvangende transducer via het positieve piëzo-elektrische effect omgezet in een elektrisch signaal, en is de signaalvertragingstaak voltooid. Omdat de snelheid van geluidsgolven in een vast medium vijf orden van grootte langzamer is dan die van een elektromagnetische golf, kan signaalvertraging worden bereikt met slechts een klein vast medium. De door de piëzo-elektrische transducer gemaakte vertragingslijn heeft de kenmerken van een klein volume, een laag gewicht, stabiele prestaties en dergelijke, en is relatief eenvoudig te vervaardigen. Er kunnen verschillende actuatoren worden gemaakt met behulp van het omgekeerde piëzo-elektrische effect. Piëzo-elektrische actuatoren kunnen worden onderverdeeld in drivers met starre verplaatsing en drivers met resonante verplaatsing, afhankelijk van verschillende aandrijfmethoden. Piëzo-elektrische actuatoren vereisen geen transmissiemechanisme en bereiken een hoge nauwkeurigheid van de verplaatsingsregeling. Tegelijkertijd is de responssnelheid snel, is er geen mechanische anastomose-kloof, kan er spanningsverplaatsingsregeling worden gerealiseerd en is het uitgangsvermogen groot terwijl het stroomverbruik laag is. China heeft op dit gebied uitstekende resultaten geboekt, zoals piëzo-elektrische ultrasone motoren, microrobots en kleine grijpers. Er kunnen verschillende sensoren worden vervaardigd met behulp van het piëzo-elektrische effect, zoals piëzo-elektrische druksensoren, ultrasone sensoren en piëzo-elektrische versnellingssensoren.

Piëzo-elektrische versnellingsmeters worden gekenmerkt door hun eenvoudige structuur, kleine formaat, lichtgewicht en lange levensduur. Ze worden op grote schaal gebruikt bij het meten van trillingen en schokken in vliegtuigen, auto's, schepen, bruggen en gebouwen, vooral in de luchtvaart, en hebben een speciale status op het gebied van de lucht- en ruimtevaart. Piëzo-elektrische sensoren kunnen ook worden gebruikt om de interne verbrandingsdruk en het vacuüm te meten, en worden gebruikt in metingen in de militaire industrie en in de biomedische sector. Bovendien kan piëzo-elektrische meettechnologie ook worden gebruikt om verschillende meetinstrumenten te maken, zoals piëzo-elektrische gyro en piëzo-elektrische debietmeter, maar ook discriminatoren, piëzo-elektrische oscillatoren, transformatoren, filters, enz., Die worden geproduceerd in de productie, het leven, wetenschappelijk onderzoek en de nationale defensie. piëzo schijf

Met zijn unieke voordelen, piëzo-elektrisch effect HIFU-keramische transducertechnologie wordt op grote schaal gebruikt in de huidige groeiende energievraag. In dit artikel worden piëzo-elektrische materialen geïntroduceerd vanuit vier aspecten: piëzo-elektrisch kristal, PbTiO3 piëzo-elektrisch materiaal, piëzo-elektrisch keramiek en hoogpolymeercomposiet. De toepassing van deze technologie in transducers, actuatoren en sensoren wordt gegeven. Ik geloof dat de ontwikkeling van piëzo-elektrische technologie ons een betere toekomst zal brengen. Om de kwaliteit van de constructie te waarborgen en het optreden van veiligheidsongevallen tijdens het bouwproces te verminderen. De introductie van nieuwe technologieën in het bouwproces kan niet alleen de bouwkwaliteit verbeteren, maar ook de veiligheid van het bouwproces verbeteren, zoals het gebruik van live online testapparatuurtechnologie.

4) Versterk het onderhoud van bouwmachines.
Bij langdurig gebruik van elektrische bouwmachines zal deze worden beïnvloed door industriële vervuiling en milieuvervuiling. Om deze effecten te verminderen, is het noodzakelijk om vóór de bouw dienovereenkomstig voor te bereiden. Bijvoorbeeld pre-corrosiebehandeling van geïsoleerde draden vóór de constructie, of selectie van isolatoren met een sterk anti-vervuilingsvermogen, en regelmatig onderhoud en onderhoud van apparatuur.