Prinsippet for piezoelektrisk effekt og dens anvendelse av piezokeramikk

Når noen dielektriske stoffer deformeres av en ytre kraft i en bestemt retning, oppstår polarisering inne i dem, og positive og negative motsatte ladninger vises på de to motsatte overflatene derav. Når den ytre kraften fjernes, vil den gå tilbake til uladet tilstand. Dette fenomenet kalles den positive piezoelektriske effekten. Når retningen til kraften endres, endres polariteten til ladningen. Tvert imot, når et elektrisk felt påføres i dielektrikumets polarisasjonsretning, deformeres også disse dielektriket, og deformasjonen av dielektrikumet forsvinner etter at det elektriske feltet er fjernet. Dette fenomenet kalles en invers piezoelektrisk effekt, eller elektrostriksjon. Piezoelektrisk keramikk er faktisk en polarisert ferroelektrisk keramikk med piezoelektrisk effekt. Det er et nytt materiale for informasjon. Piezoelektrisk keramikk er en slags funksjonell keramikk.

Først prinsippet om den piezoelektriske effekten:
   Prinsippet om den piezoelektriske effekten pzt piezokeramikk er at hvis et trykk påføres det piezoelektriske materialet, genererer det en potensiell forskjell (referert til som en positiv piezoelektrisk effekt), og omvendt genereres en mekanisk spenning (kalt en invers piezoelektrisk effekt). Hvis trykket er en høyfrekvent vibrasjon, genereres en høyfrekvent strøm. Når et høyfrekvent elektrisk signal påføres en piezoelektrisk keramikk, genereres et høyfrekvent akustisk signal (mekanisk vibrasjon), som er det vi vanligvis kaller et ultralydsignal. Det vil si at piezoelektrisk keramikk har funksjonen av konvertering og invers konvertering mellom mekanisk energi og elektrisk energi, og dette gjensidige forholdet er faktisk veldig interessant. Piezoelektriske materialer kan generere elektriske felt på grunn av mekanisk deformasjon, eller mekanisk deformasjon på grunn av elektrisk felt. Denne iboende mekanisk-elektriske koblingseffekten gjør piezoelektriske materialer mye brukt i ingeniørfag. For eksempel har piezoelektriske materialer blitt brukt til å lage intelligente strukturer. I tillegg til selvbærende evner har slike strukturer funksjoner som selvdiagnose, selvtilpasning og selvhelbredelse, og de spiller en viktig rolle i fremtidig flydesign.

2. Piezoelektrisk materiale
Den piezoelektriske effekten av piezoelektriske materialer piezo-skivesensor skyldes det spesielle arrangementet av atomer i krystallgitteret, som gjør at materialet har effekten av å koble spenningsfeltet og det elektriske feltet. Avhengig av type materiale kan piezoelektriske materialer klassifiseres i piezoelektriske enkeltkrystaller, piezoelektriske polykrystaller (piezoelektriske keramikk), piezoelektriske polymerer og piezoelektriske komposittmaterialer. I henhold til den spesifikke materialformen kan den deles inn i to typer: piezoelektrisk materiale og piezoelektrisk film.

3. Piezoelektriske enkeltkrystaller
Piezoelektriske enkeltkrystaller er for det meste jerntransistorer. Også inkludert er kvarts, kadmiumsulfid, sinkoksid, aluminiumnitrid og andre krystaller. Disse ferroelektriske krystallene inkluderer en oksygentransistor med et oksygenoktaeder, slik som bariumtitanatkrystall, litiumniobat med litiumniobatstruktur, vismutrutenat og strontiumruthenatkrystall med wolframbronsestruktur. En ferroelektrisk transistor inneholder en hydrogenbinding, slik som kaliumdihydrogenfosfat, ammoniumdihydrogenfosfat og blyhydrogenfosfat (og blystrontiumfosfat) krystaller. En bariumtitanatkrystall eller lignende med en lagdelt struktur. For tiden er den mest brukte ikke-ferroelektriske kvartstransistor, jern typisk trykktransistor litiumniobat og vismutruthenat.

4. Piezoelektrisk polymer
Allerede i 1940 oppdaget Sovjetunionen at tre var piezoelektrisk keramikk. piezoelektrisitet ble funnet i vev som ramie, silkebambus, dyrebein, hud og blodårer. I 1960 ble piezoelektrisiteten til syntetiske polymerer oppdaget. I 1969 ble det funnet at polyvinylidenfluorid etter elektroavsetning har sterk piezoelektrisitet. Materialer med sterke piezoelektriske egenskaper inkluderer PVDF og dets kopolymerer, polyvinylfluorid, polyvinylklorid, poly-y-metyl-L-glutamat og nylon-11.

5. Piezoelektriske komposittmaterialer
Piezoelektriske kompositter er piezoelektriske materialer som er sammensatt av to eller flere materialer. Vanlige piezoelektriske kompositter er to-fase kompositter av piezoelektrisk keramikk og polymerer som polyvinylidenfluorid reaktiv epoksy. Dette komposittmaterialet kombinerer styrken til piezoelektrisk keramikk og polymerer, har utmerket fleksibilitet og prosesseringsegenskaper, og har lav tetthet og er lett å matche akustisk impedans med luft, vann og biologisk vev. I tillegg har piezoelektriske kompositter også en høy piezoelektrisk konstant. Piezoelektriske kompositter har et bredt spekter av bruksområder innen medisinsk, sansing og måling.

Anvendelse av piezoelektrisk effekt av piezokeramikk

1. Produksjonsegenskaper
Piezoelektrisk keramikk er preget av polarisasjonsbehandling av ferroelektrisk keramikk under et elektrisk likestrømfelt for å ha en piezoelektrisk effekt. Generelt er det elektriske polarisasjonsfeltet 3 til 5 kV/mm, temperaturen er 100 til 150 °C, og tiden er 5 til 20 min. Disse tre er hovedfaktorene som påvirker polarisasjonseffekten. Piezoelektrisk keramikk med bedre ytelse, som blyzirkonat-titanat-keramikk, har en elektromekanisk koblingskoeffisient så høy som 0,313 til 0,694.

Piezoelektrisk keramikk brukes hovedsakelig til produksjon av ultralydtransdusere, hydroakustiske transdusere, elektroakustiske transdusere, keramiske filtre, keramiske transformatorer, keramiske diskriminatorer, høyspenningsgeneratorer, infrarøde detektorer, akustiske overflateenheter, elektrooptiske enheter, tennere og piezoelektriske.

2. Keramiske egenskaper
Piezoelektrisk keramikk har sensitive egenskaper og kan konvertere ekstremt svake mekaniske vibrasjoner til elektriske signaler, som kan brukes i ekkoloddsystemer, værdeteksjon, telemetri miljøvern, husholdningsapparater osv. Jordskjelv er ødeleggende katastrofer, og kilden til jordskjelvet begynner i jordskorpen. Det var vanskelig å forutsi før, og mennesker ble fanget i en pinlig situasjon. Følsomheten til den piezoelektriske keramikken for den ytre kraften gjør det mulig å fornemme luftforstyrrelsen ved at de flygende insektene flagrer med vingene mer enn ti meter. Den kan brukes til å lage den piezoelektriske seismografen, som nøyaktig kan måle jordskjelvets intensitet og indikere retningen og avstanden til jordskjelvet. Dette kan ikke være en stor prestasjon av piezoelektrisk keramikk. Piezoelektrisk keramikk produserer en liten mengde deformasjon under påvirkning av et elektrisk felt, opptil en brøkdel av en milliondel av deres egen størrelse. Ikke undervurder denne lille endringen, den nøyaktige kontrollmekanismen basert på dette prinsippet - piezoelektrisk aktuator, for presisjonsinstrumentering og mekanisk kontroll, mikroelektronikk, bioteknologi og andre felt er en stor velsignelse. Frekvenskontrollenheter som resonatorer og filtre er nøkkelenhetene som bestemmer ytelsen til kommunikasjonsenheter. Piezoelektrisk keramikk har åpenbare fordeler i denne forbindelse. Den har god frekvensstabilitet, høy presisjon og bredt frekvensområde, og er liten i størrelse, ikke-hygroskopisk og lang levetid. Spesielt i multi-kanals kommunikasjonsutstyr kan det forbedre anti-interferensevnen, slik at det tidligere elektromagnetiske utstyret ikke kan ses tilbake.

3. Bruksområde
Piezoelektrisk keramikk er nye funksjonelle elektroniske materialer med høy intelligens. Med kontinuerlig forskning og forbedring av materialer og prosesser blir bruken av piezoelektrisk keramikk mer og mer omfattende. Som en maskin, elektrisitet, lyd, lys og varmefølsomme materialer, piezoelektriske materialer piezo keramiske skivesvinger har blitt mye brukt i sensorer, transdusere, ikke-destruktiv testing og kommunikasjonsteknologi. Polykrystaller dannes ved fastfasereaksjon i forskjellige land rundt om i verden. Og det generelle navnet på ferroelektrisk keramikk med piezoelektrisk effekt ved DC høyspenningspolarisasjonsbehandling er en slags forskning og utvikling som kan legge stor vekt på mekanisk energi til piezoelektriske keramiske materialer. Med utviklingen av høyteknologi vil anvendelsen av piezoelektrisk keramikk bli mer og mer bred. I tillegg til å bli brukt i høyteknologiske felt, handler det mer om å betjene mennesker i dagliglivet og skape et bedre liv for mennesker.

Fem vanlige anvendelser av piezoelektrisk keramikk i hverdagen vår:
1: Anvendelse av positiv og negativ piezoelektrisk effekt
2: Piezoelektrisk keramisk summer | Høyttaler
3: Piezoelektrisk keramisk pickup
4: Piezoelektrisk transformator
5: Piezoelektrisk keramisk tenner
Det kan sies at selv om piezoelektrisk keramikk er et nytt materiale, er det ganske sivilt. Det brukes i høyteknologi, men det er mer i livet for å skape et bedre liv for mennesker.