Principe van piëzo-elektrisch effect en de toepassing ervan van piëzo-keramiek

Wanneer sommige diëlektrica worden vervormd door een externe kracht in een bepaalde richting, vindt polarisatie binnenin deze diëlektrica plaats, en verschijnen er positieve en negatieve tegengestelde ladingen op de twee tegenoverliggende oppervlakken ervan. Wanneer de externe kracht wordt verwijderd, keert deze terug naar de ongeladen toestand. Dit fenomeen wordt het positieve piëzo-elektrische effect genoemd. Wanneer de richting van de kracht verandert, verandert de polariteit van de lading. Wanneer daarentegen een elektrisch veld wordt aangelegd in de polarisatierichting van het diëlektricum, worden deze diëlektrica ook vervormd, en verdwijnt de vervorming van het diëlektricum nadat het elektrische veld is verwijderd. Dit fenomeen wordt een omgekeerd piëzo-elektrisch effect of elektrostrictie genoemd. Piëzo-elektrische keramiek is eigenlijk een gepolariseerd ferro-elektrisch keramiek met piëzo-elektrisch effect. Het is een nieuw materiaal voor informatie. Piëzo-elektrische keramiek is een soort functionele keramiek.

Ten eerste het principe van het piëzo-elektrische effect:
   Het principe van het piëzo-elektrische effect pzt piëzo-keramiek is dat als er druk wordt uitgeoefend op het piëzo-elektrische materiaal, dit een potentiaalverschil genereert (ook wel een positief piëzo-elektrisch effect genoemd), en omgekeerd, een mechanische spanning (een omgekeerd piëzo-elektrisch effect genoemd) wordt gegenereerd. Als de druk een hoogfrequente trilling is, wordt er een hoogfrequente stroom gegenereerd. Wanneer een hoogfrequent elektrisch signaal wordt toegepast op een piëzo-elektrisch keramiek, wordt een hoogfrequent akoestisch signaal (mechanische trilling) gegenereerd, wat we gewoonlijk een ultrasoon signaal noemen. Dat wil zeggen dat piëzo-elektrische keramiek de functie heeft van conversie en inverse conversie tussen mechanische energie en elektrische energie, en deze onderlinge relatie is inderdaad zeer interessant. Piëzo-elektrische materialen kunnen elektrische velden genereren als gevolg van mechanische vervorming, of mechanische vervorming als gevolg van een elektrisch veld. Dit inherente mechanisch-elektrische koppelingseffect zorgt ervoor dat piëzo-elektrische materialen op grote schaal worden gebruikt in de techniek. Piëzo-elektrische materialen zijn bijvoorbeeld gebruikt om intelligente structuren te maken. Naast zelfdragende capaciteiten hebben dergelijke structuren functies zoals zelfdiagnose, zelfaanpassing en zelfgenezing, en spelen ze een belangrijke rol in het toekomstige vliegtuigontwerp.

2. Piëzo-elektrisch materiaal
Het piëzo-elektrische effect van piëzo-elektrische materialen piëzoschijfsensor is te danken aan de speciale rangschikking van atomen in het kristalrooster, waardoor het materiaal het effect heeft dat het spanningsveld en het elektrische veld worden gekoppeld. Afhankelijk van het type materiaal kunnen piëzo-elektrische materialen worden geclassificeerd in piëzo-elektrische enkele kristallen, piëzo-elektrische polykristallen (piëzo-elektrische keramiek), piëzo-elektrische polymeren en piëzo-elektrische composietmaterialen. Afhankelijk van de specifieke materiaalvorm kan het in twee typen worden verdeeld: piëzo-elektrisch materiaal en piëzo-elektrische film.

3. Piëzo-elektrische eenkristal
Piëzo-elektrische eenkristallen zijn meestal ijzeren transistors. Ook inbegrepen zijn kwarts, cadmiumsulfide, zinkoxide, aluminiumnitride en andere kristallen. Deze ferro-elektrische kristallen omvatten een zuurstoftransistor met een zuurstof-octaëder, zoals bariumtitanaatkristal, lithiumniobaat met een lithiumniobaatstructuur, bismuthruthenaat en strontiumruthenaatkristal met een wolfraambronsstructuur. Een ferro-elektrische transistor bevat een waterstofbrug, zoals kaliumdiwaterstoffosfaat, ammoniumdiwaterstoffosfaat en loodwaterstoffosfaat (en loodstrontiumfosfaat) kristallen. Een bariumtitanaatkristal of iets dergelijks met een gelaagde structuur. Op dit moment zijn de meest gebruikte niet-ferro-elektrische kwartstransistors, ijzer-typische druktransistors lithiumniobaat en bismuthruthenaat.

4. Piëzo-elektrisch polymeer
Al in 1940 ontdekte de Sovjet-Unie dat hout piëzo-elektrisch keramiek was. Piëzo-elektriciteit werd aangetroffen in weefsels zoals ramee, zijdebamboe, dierlijke botten, huid en bloedvaten. In 1960 werd de piëzo-elektriciteit van synthetische polymeren ontdekt. In 1969 werd ontdekt dat polyvinylideenfluoride na elektrodepositie een sterke piëzo-elektriciteit heeft. Materialen met sterke piëzo-elektrische eigenschappen omvatten PVDF en zijn copolymeren, polyvinylfluoride, polyvinylchloride, poly-y-methyl-L-glutamaat en nylon-11.

5. Piëzo-elektrische composietmaterialen
Piëzo-elektrische composieten zijn piëzo-elektrische materialen die zijn samengesteld uit twee of meer materialen. Veel voorkomende piëzo-elektrische composieten zijn tweefasige composieten van piëzo-elektrische keramiek en polymeren zoals polyvinylideenfluoride-reactieve epoxy. Dit composietmateriaal combineert de sterke punten van piëzo-elektrische keramiek en polymeren, heeft uitstekende flexibiliteit en verwerkingseigenschappen, heeft een lage dichtheid en is gemakkelijk te matchen met lucht-, water- en biologische weefsels. Bovendien hebben piëzo-elektrische composieten ook een hoge piëzo-elektrische constante. Piëzo-elektrische composieten hebben een breed scala aan toepassingen op het gebied van geneeskunde, detectie en metingen.

Toepassing van piëzo-elektrisch effect van piëzo-keramiek

1. Productiekenmerken
Piëzo-elektrische keramiek wordt gekenmerkt door polarisatiebehandeling van ferro-elektrische keramiek onder een elektrisch gelijkstroomveld om een ​​piëzo-elektrisch effect te verkrijgen. Over het algemeen is het elektrische polarisatieveld 3 tot 5 kV/mm, de temperatuur 100 tot 150 °C en de tijd 5 tot 20 minuten. Deze drie zijn de belangrijkste factoren die het polarisatie-effect beïnvloeden. Piëzo-elektrische keramiek met betere prestaties, zoals loodzirkonaat-titanaat-keramiek, heeft een elektromechanische koppelingscoëfficiënt van wel 0,313 tot 0,694.

Piëzo-elektrische keramiek wordt voornamelijk gebruikt bij de vervaardiging van ultrasone transducers, hydro-akoestische transducers, elektro-akoestische transducers, keramische filters, keramische transformatoren, keramische discriminatoren, hoogspanningsgeneratoren, infrarooddetectoren, akoestische oppervlakteapparaten, elektro-optische apparaten, ontsteker en piëzo-elektrische gyro.

2. Keramische eigenschappen
Piëzo-elektrische keramiek heeft gevoelige eigenschappen en kan extreem zwakke mechanische trillingen omzetten in elektrische signalen, die kunnen worden gebruikt in sonarsystemen, weerdetectie, telemetrie, milieubescherming, huishoudelijke apparaten, enz. Aardbevingen zijn verwoestende rampen en de bron van de aardbeving begint in de diepten van de aardkorst. Vroeger was het moeilijk te voorspellen en mensen kwamen in een gênante situatie terecht. De gevoeligheid van het piëzo-elektrische keramiek voor externe krachten maakt het mogelijk om de verstoring van de lucht te voelen doordat vliegende insecten meer dan tien meter met hun vleugels klapperen. Het kan worden gebruikt om de piëzo-elektrische seismograaf te maken, die de aardbevingsintensiteit nauwkeurig kan meten en de richting en afstand van de aardbeving kan aangeven. Dit kan geen grote prestatie van piëzo-elektrische keramiek zijn. Piëzo-elektrische keramiek produceert een kleine hoeveelheid vervorming onder invloed van een elektrisch veld, tot een fractie van een miljoenste van hun eigen grootte. Onderschat deze kleine verandering niet, het precieze controlemechanisme gebaseerd op dit principe - piëzo-elektrische actuatoren, voor precisie-instrumentatie en mechanische controle, micro-elektronica, bio-engineering en andere gebieden zijn een grote zegen. Frequentiecontroleapparaten zoals resonatoren en filters zijn de belangrijkste apparaten die de prestaties van communicatieapparaten bepalen. Piëzo-elektrische keramiek heeft in dit opzicht duidelijke voordelen. Het heeft een goede frequentiestabiliteit, hoge precisie en een breed frequentiebereik, is klein van formaat, niet-hygroscopisch en heeft een lange levensduur. Vooral bij meerkanaalscommunicatieapparatuur kan het het anti-interferentievermogen verbeteren, zodat er niet meer naar de vorige elektromagnetische apparatuur kan worden gekeken.

3. Toepassing
Piëzo-elektrische keramiek is een nieuw functioneel elektronisch materiaal met een hoge intelligentie. Met het voortdurende onderzoek en de verbetering van materialen en processen wordt de toepassing van piëzo-elektrische keramiek steeds uitgebreider. Als machine, elektriciteit, geluid, licht en warmtegevoelige materialen, piëzo-elektrische materialen piëzo-keramische schijftransducers worden veel gebruikt in sensoren, transducers, niet-destructieve tests en communicatietechnologieën. Polykristallen worden gevormd door vaste fasereactie in verschillende landen over de hele wereld. En de algemene naam van ferro-elektrische keramiek met piëzo-elektrisch effect door DC-hoogspanningspolarisatiebehandeling is een soort onderzoek en ontwikkeling dat groot belang kan hechten aan mechanische energie aan piëzo-elektrische keramische materialen. Met de ontwikkeling van hoogwaardige technologie zal de toepassing van piëzo-elektrische keramiek steeds breder worden. Naast dat het wordt gebruikt op hightech-gebieden, gaat het meer om het dienen van mensen in het dagelijks leven en het creëren van een beter leven voor mensen.

Vijf veel voorkomende toepassingen van piëzo-elektrische keramiek in ons dagelijks leven:
1: Toepassing van positief en negatief piëzo-elektrisch effect
2: Piëzo-elektrische keramische zoemer | Luidspreker
3: Piëzo-elektrische keramische pickup
4: Piëzo-elektrische transformator
5: Piëzo-elektrische keramische ontsteker
Er kan worden gezegd dat, hoewel piëzo-elektrische keramiek een nieuw materiaal is, het nogal burgerlijk is. Het wordt gebruikt in de hightech, maar het is meer in het leven om een ​​beter leven voor mensen te creëren.