Aktualności

Jesteś tutaj: Dom / Aktualności / Podstawy ceramiki piezoelektrycznej / Zastosowanie materiałów piezoelektrycznych i efektów piezoelektrycznych

Zastosowanie materiałów piezoelektrycznych i efektów piezoelektrycznych

Wyświetlenia: 2 Autor: Edytor witryny Czas publikacji: 24.09.2019 Pochodzenie: Strona

Pytać się

Szybki rozwój gospodarki światowej doprowadził do gwałtownego wzrostu zużycia energii. Wraz z wyczerpywaniem się nieodnawialnych źródeł energii i ochroną środowiska, kraje energicznie rozwijają zrównoważoną, czystą energię. Stopniowo pojawia się czysta energia, taka jak światło, wiatr i energia słoneczna.
Efekt piezoelektryczny można wykorzystać do wytwarzania energii ciśnieniowej, ponieważ ma zalety prostej struktury, braku ciepła, braku zakłóceń elektromagnetycznych, braku zanieczyszczeń, łatwej do osiągnięcia miniaturyzacji i integracji oraz poprawy właściwości piezoelektrycznych materiałów piezoelektrycznych przetwornik piezoelektryczny i nowa elektronika mocy. Zastosowanie urządzeń może zaspokoić wymagania energetyczne produktów niskoenergetycznych i stać się jednym z głównych punktów bieżących badań.
.
1 Zasada efektu piezoelektrycznego
Kiedy niektóre dielektryki odkształcają się pod wpływem sił zewnętrznych w określonym kierunku, podczas gdy zachodzi polaryzacja wewnętrzna, na dwóch przeciwległych powierzchniach kryształu piezoelektrycznego pojawiają się ładunki dodatnie i ujemne. Zjawisko to nazywane jest efektem piezoelektrycznym. Efekt piezoelektryczny dzieli się na dodatni efekt piezoelektryczny i odwrotny efekt piezoelektryczny. Tak zwany dodatni efekt piezoelektryczny odnosi się do efektu dielektryzacji ośrodka w wyniku działania naprężeń mechanicznych i ładowania powierzchni. I odwrotnie, gdy pole elektryczne zostanie przyłożone na zewnątrz kryształu, kryształ pod wpływem pola elektrycznego ulegnie odkształceniu mechanicznemu, zwanemu odwrotnym efektem piezoelektrycznym.

2 Klasyfikacja materiałów piezoelektrycznych
Materiały piezoelektryczne osiągnęły kilka kamieni milowych w kryształach kwarcu, ceramice piezoelektrycznej, polimerach piezoelektrycznych i kompozytach piezoelektrycznych. Pokrótce przedstawiono główne rodzaje materiałów piezoelektrycznych.

1) Piezoelektryczny kryształ ceramiczny.
Kryształy piezoelektryczne to materiały stosowane we wczesnym efekcie piezoelektrycznym, głównie kryształ kwarcu (SiO2), rozpuszczalny w wodzie kryształ piezoelektryczny (winian sodowo-potasowy) i kryształ niobianu litu. Ze względu na stabilną pracę monokryształu piezoelektrycznego koszt jest wysoki. Tylko dla standardowych przyrządów lub czujników o wysokich wymaganiach dotyczących dokładności. Rozwój technologii ceramiki piezoelektrycznej stopniowo wyparł trend powyższych materiałów. Jednak w ostatnich latach uczeni z różnych krajów wykonali wiele pracy na rzecz opracowania nowych krystalicznych materiałów piezoelektrycznych. Obecnie piezoelektryk monokrystaliczny dysk ceramiczny piezoelektryczny o maksymalnej wartości 2600 szt./N i k33 do 0,95, a jego gęstość magazynowania energii może osiągnąć 130J/kg, co stanowi ponad 10-krotność gęstości magazynowania ceramiki piezoelektrycznej. Opracowano Prowadzono badania nad procesem produkcji materiałów piezoelektrycznych, a sukces masowej produkcji z pewnością poszerzy dalsze zastosowanie materiałów piezoelektrycznych.

2) Materiał piezoelektryczny na bazie PbTiO3.
Materiały piezoelektryczne PbTiO3 (określane jako PT) są szeroko stosowane w produkcji piezoelektrycznych elementów ceramicznych o wysokiej częstotliwości i wysokiej temperaturze. Obecnie prowadzono badania nad tym materiałem, głównie w zakresie przygotowania nanoproszku PbTiO3, obejmujące produkcję surowców, metody i procesy produkcyjne. Różnorodność surowców i ciągła aktualizacja procesów produkcyjnych sprawiły, że wydajność PbTiO3 stale się poprawia. Obecnie materiał ten jest szeroko stosowany w przetwornikach, ultradźwiękowych i przemysłowych badaniach nieniszczących.

3) Ceramika piezoelektryczna.
Ceramika piezoelektryczna to sztucznie wytwarzane polikrystaliczne materiały piezoelektryczne. Rozwój technologii przetwarzania umożliwił zmniejszenie wielkości ceramiki piezoelektrycznej do submikronowych, dzięki czemu podłoże może być cieńsze i pojawia się drobnoziarnista ceramika piezoelektryczna. Materiał ten zwiększa częstotliwość układu i zmniejsza straty układu, ale także zmniejsza skutki efektu piezoelektrycznego. Rozwój nanotechnologii poprawił efekt piezoelektryczny drobnoziarnistej ceramiki piezoelektrycznej, a jej efekt piezoelektryczny jest porównywalny z efektem piezoelektrycznym gruboziarnistej ceramiki piezoelektrycznej. Obecnie badania i rozwój piezoelektrycznych materiałów ceramicznych stanowią przedmiot zainteresowania wszystkich krajów.

4) Kompozyty wysokopolimerowe.
Badania nad piezoelektrycznymi kompozytami polimerowymi rozpoczęły się na początku lat 70. XX wieku. Z punktu widzenia zastosowania polimery piezoelektryczne można podzielić na tworzywa sztuczne piezoelektryczne, kauczuki piezoelektryczne, żywice piezoelektryczne, piezoelektryczne kompozyty wysokopolimerowe i polipeptydy syntetyczne. Tworzywa piezoelektryczne bazują na syntetycznych lub naturalnych polimerach piezoelektrycznych, które można formować w trakcie obróbki, dzięki czemu produkt może finalnie zachować stały kształt polimeru piezoelektrycznego. Kauczuk piezoelektryczny to ogólne określenie wysoce elastycznych polimerów piezoelektrycznych. Ogólnie rzecz biorąc, wszystkie polimery piezoelektryczne o dużym wydłużeniu, wytrzymałości na rozciąganie i sprężystości w zakresie temperatur od -130 ° C do 150 ° C są prasowane w przetworzonym polimerze piezoelektrycznym. Kauczuk elektryczny można w szczególności podzielić na piezoelektryczną gumę silikonową, piezoelektryczną fluorokauczuk i tak dalej. Żywica piezoelektryczna to półstały, stały lub pseudostały, amorficzny polimer piezoelektryczny, przezroczysty lub półprzezroczysty, piezoelektryczna żywica piezoelektryczna, taka jak nylon-11, amorficzny polarny naprzemienny kopolimer cyjanku - octan winylu, polipropylen, poliwęglan i tym podobne. Następnie opracowywany jest piezoelektryczny materiał kompozytowy o wysokiej zawartości polimerów, który składa się z dwóch lub więcej różnych materiałów piezoelektrycznych w wyniku fizycznego mieszania lub szczepienia chemicznego itp., które charakteryzują się „od długości do długości” i mają lepszą wydajność niż którykolwiek z nich. Częściej stosowany jest materiał, żywica epoksydowa PZT, materiał piezoelektryczny ceramiczno-polimerowy. Nie ma ścisłych ograniczeń dla polimerów piezoelektrycznych, niezależnie od tego, czy wynikają one ze składu materiału, czy z formy gotowego produktu.

3 Zastosowanie efektu piezoelektrycznego
Technologia efektu piezoelektrycznego jest szeroko stosowana w produkcji różnych przetworników, siłowników i czujników. Typowym przykładem zastosowania efektów piezoelektrycznych w przetwornikach jest zastosowanie opóźnień czasowych sygnału elektrycznego. W przeszłości linia opóźniająca tworzona przez linię transmisyjną miała dużą objętość, a utrata sygnału była duża podczas transmisji. Przetwornik piezoelektryczny jest przymocowany do przetwornika nadawczego i przetwornika odbiorczego na stałym nośniku, a sygnał elektryczny jest przesyłany poprzez odwrotny efekt piezoelektryczny. Sygnał jest przetwarzany na sygnał akustyczny i propagowany w ośrodku stałym. Po pewnym czasie sygnał akustyczny jest przekształcany na sygnał elektryczny przez przetwornik odbiorczy poprzez dodatni efekt piezoelektryczny i zadanie opóźnienia sygnału jest zakończone. Ponieważ prędkość fal dźwiękowych w ośrodku stałym jest o pięć rzędów wielkości mniejsza niż prędkość fali elektromagnetycznej, opóźnienie sygnału można osiągnąć jedynie przy użyciu małego ośrodka stałego. Linia opóźniająca wykonana przez przetwornik piezoelektryczny charakteryzuje się małą objętością, lekkością, stabilną pracą itp. i jest stosunkowo łatwa w produkcji. Można wykonać różne siłowniki wykorzystując odwrotny efekt piezoelektryczny. Siłowniki piezoelektryczne można podzielić na sterowniki o sztywnym przemieszczeniu i sterowniki o przemieszczeniu rezonansowym, zgodnie z różnymi metodami napędzania. Siłowniki piezoelektryczne nie wymagają mechanizmu przekładniowego i zapewniają wysoką dokładność kontroli przemieszczenia. Jednocześnie szybkość reakcji jest szybka, nie ma mechanicznej szczeliny zespolenia, można zrealizować kontrolę przemieszczenia pod napięciem, a moc wyjściowa jest duża, a zużycie energii jest niskie. Chiny osiągnęły w tej dziedzinie znakomite wyniki, takie jak piezoelektryczne silniki ultradźwiękowe, mikroroboty i maleńkie chwytaki. Za pomocą efektu piezoelektrycznego można wytwarzać różne czujniki, takie jak piezoelektryczne czujniki ciśnienia, czujniki ultradźwiękowe i piezoelektryczne czujniki przyspieszenia.

Akcelerometry piezoelektryczne charakteryzują się prostą budową, niewielkimi rozmiarami, niewielką wagą i długą żywotnością. Są szeroko stosowane w pomiarach wibracji i wstrząsów samolotów, samochodów, statków, mostów i budynków, zwłaszcza w lotnictwie i mają swój szczególny status w dziedzinie lotnictwa i kosmonautyki. Czujniki piezoelektryczne można również stosować do pomiaru ciśnienia i podciśnienia spalania wewnętrznego, znajdują zastosowanie w przemyśle wojskowym i pomiarach biomedycznych. Ponadto piezoelektryczna technologia pomiarowa może być również wykorzystana do wykonania różnych przyrządów pomiarowych, takich jak żyroskop piezoelektryczny i przepływomierz piezoelektryczny, a także dyskryminatory, oscylatory piezoelektryczne, transformatory, filtry itp., które powstają w procesach produkcyjnych, życiowych, badawczych i obronnych. dysk piezoelektryczny

Dzięki swoim wyjątkowym zaletom efekt piezoelektryczny Technologia przetworników ceramicznych HIFU jest szeroko stosowana w obliczu rosnącego zapotrzebowania na energię. W artykule przedstawiono materiały piezoelektryczne z czterech aspektów: kryształ piezoelektryczny, materiał piezoelektryczny PbTiO3, ceramika piezoelektryczna i kompozyt wysokopolimerowy. Podano zastosowanie tej technologii w przetwornikach, elementach wykonawczych i czujnikach. Wierzę, że rozwój technologii piezoelektrycznej przyniesie nam lepsze jutro. Zapewnienie jakości konstrukcji i ograniczenie występowania wypadków związanych z bezpieczeństwem podczas procesu budowy. Wprowadzenie nowych technologii do procesu budowlanego może nie tylko poprawić jakość budowy, ale także poprawić bezpieczeństwo procesu budowlanego, np. Zastosowanie technologii sprzętu do testowania na żywo online.

4) Wzmocnij konserwację sprzętu budowlanego.
W długotrwałym użytkowaniu sprzętu budowlanego do wytwarzania energii elektrycznej będą na niego wpływać zanieczyszczenia przemysłowe i zanieczyszczenie środowiska. Aby ograniczyć te skutki, należy odpowiednio przygotować się przed budową. Na przykład wstępna obróbka antykorozyjna izolowanych przewodów przed budową lub wybór izolatorów o silnych właściwościach przeciw zanieczyszczeniom oraz regularna konserwacja i konserwacja sprzętu.