Piezoelektryczne materiały ceramiczne to materiały funkcjonalne, które realizują konwersję energii mechanicznej na energię elektryczną (2)

Hydrotermiczne przygotowanie grubych filmów ma wiele zalet:

① Proces ten kończy się jednorazowo w fazie ciekłej i nie jest wymagana późniejsza obróbka cieplna krystalizacyjna, co pozwala uniknąć defektów, takich jak pękanie, gruboziarnistość ziaren, reakcja z podłożem lub atmosferą, które mogą wystąpić podczas procesu obróbki cieplnej;
② Jako prekursory stosuje się substancje nieorganiczne, a jako środowisko reakcji stosuje się wodę, surowce są łatwo dostępne, koszt przygotowania folii jest zmniejszony, a zanieczyszczenie środowiska jest mniejsze;
③ Sprzęt jest prosty, a temperatura obróbki hydrotermalnej jest niska, co pozwala uniknąć wzajemnej dyfuzji składników folii i podłoża przed i po obróbce hydrotermalnej. Powstały film ma wysoką czystość i dobrą jednorodność. Ponadto, stosując tę ​​metodę do wytwarzania grubych folii, grube folie można osadzać na powierzchniach podłoża o różnych skomplikowanych kształtach. Powstałe grube folie mają pewne zalety w postaci spontanicznej polaryzacji, niskiej histerezy i dobrego wiązania z podłożami. Obecnie metoda ta cieszy się coraz większym zainteresowaniem.

6. Metoda osadzania elektroforetycznego
Osadzanie elektroforetyczne (EPD) odnosi się do dyspergowania przygotowanego drobnego proszku o tym samym składzie co gruba warstwa w zawiesinie w celu utworzenia zawiesiny o różnych stężeniach kryształ płytowy piezoelektryczny . Wartość pH zawiesiny reguluje się roztworem kwasowo-zasadowym. Stabilną zawiesinę uzyskuje się poprzez dyspersję ultradźwiękową i mieszanie magnetyczne, a pod stałym ciśnieniem cząstki ładujące są przemieszczane kierunkowo pod działaniem pola elektrycznego, uzyskując w ten sposób gruby film o określonej grubości. Gruba folia przygotowana tą metodą ma zalety prostego sprzętu, szybkiego tworzenia folii, nieograniczonego kształtu platerowanych części, jednolitej i kontrolowanej grubości folii itp. Powstała gruba folia może sięgać kilkudziesięciu mikronów, a skład jest jednolity i gęsty.

Zastosowanie materiałów cienkowarstwowych piezoelektrycznych
Folie piezoelektryczne są szeroko stosowane ze względu na ich doskonałe właściwości użytkowe. Piezoelektryczne grube folie można wykorzystać do produkcji różnorodnych mikrourządzeń, takich jak mikropompy, silniki ultradźwiękowe, rezonatory, piroelektryczne czujniki grubowarstwowe, grubowarstwowe siłowniki, przetworniki mikroenergii itp.
 
1. Hydrofon i sonar
Jednomembranowy hydrofon firmy General Electric z piezoelektryczną folią PVDF o grubości 2,5 μm jako podłożem. Można je stosować w przetwornikach medycznych i NDE oraz w zakresie: 0,5 ~ 50 HZ Charakterystyka i kalibracja. Ze względu na długoterminową stabilność i powtarzalność tych urządzeń, te właściwości hydrofonów zostały wykorzystane do opracowania nowego, wieloelementowego instrumentu. podwodny system sonarów skanujących składa się ze 100 hydrofonów z podłoża PVDF do podwodnych urządzeń bezpieczeństwa/ratownictwa. System wykorzystuje tryb pasywny z częstotliwością roboczą od 1 do 1 000 Hz. Można go również używać w trybie aktywnym na trzech różnych częstotliwościach. Za pomocą tego systemu można to wykryć. Małe okręty podwodne w odległości do 3 km mogą również wykrywać silniki z odległości do 600 m, a odchyłka kąta jest mniejsza niż 5 mm. Najnowszy model obliczeniowy hydrofonu pokazuje, że jeśli element PVDF zostanie odpowiednio zaprojektowany podczas demonstracji systemu, hydrofon może wykrywać sygnały powyżej 10 dB.

2. Przeciwporostowe
Piezoelektryczny przetwornik ultradźwiękowy ma bardzo szerokie perspektywy w zastosowaniach przeciwporostowych. Obecnie Narodowy Instytut Badań i Uniwersytet w Montrich we Francji przeprowadziły badania nad przeciwdziałaniem zabrudzeniom folii piezoelektrycznych. Udowodniono, że folia piezoelektryczna jest bardziej skuteczna w pomiarze drgań polimeru w powłoce. Dlatego można go stosować w celu zapobiegania zbliżaniu się większości organizmów morskich, które będą powodować zanieczyszczenie statków. Ponadto Instytut Badań Naukowych w Delft w Holandii rozszerza uzyskane wnioski na większe konstrukcje metalowe, takie jak skorupy statków handlowych lub statków. Jednocześnie bada się tę samą zasadę dotyczącą wytwarzania powierzchni przeciw zamarzaniu w samolotach.

3. Medycyna
Obecnie ludzie aktywnie badają zastosowanie PVD F w medycynie. W wielu krajach co roku wiele dzieci umiera z powodu SIDS lub innych zespołów chorobowych. Aby zmniejszyć liczbę nagłych zgonów niemowląt, co najmniej trzy firmy w Holandii, Niemczech i Stanach Zjednoczonych produkują monitory oddechowe. Monitor ten umieszcza pod ciałem dziecka matę z piezoelektryczną folią PVDF, aby w sposób ciągły monitorować delikatne wibracje spowodowane oddychaniem i biciem serca (szczególnie w nocy). Po pewnym czasie uruchomi się alarm, który może w porę i skutecznie zapobiec śmierci dziecka przez uduszenie.

4. Elektrody
Jeśli zewnętrzna powierzchnia elektrody jest pokryta warstwą polimeru piezoelektrycznego PVDF, może ona przekształcić informacje takie jak wibracje, uderzenia, ciśnienie, naprężenia i odkształcenia na sygnały elektryczne. W przypadku tego typu elektrody, dla quasi-statycznego sygnału wejściowego od niskiej częstotliwości do wysokiej częstotliwości, jej sygnał wyjściowy może zawsze zachować swoją charakterystykę częstotliwościową, a sygnał wyjściowy sygnału elektrycznego jest liniowo powiązany z przyłożonym ciśnieniem. Jednocześnie elektroda ta ma również dobrą stabilność temperaturową, odpowiednią dla różnych środowisk -40 ~ 70 ℃. Zakres wynosi zazwyczaj od 0,25 do 25 p C/N. Przez zwinięcie wąskiego arkusza piezoelektrycznego w okrąg można otrzymać czułą elektrodę piezoelektryczną o wartości 40 p C/N.

5. Lotnictwo i nawigacja
„Przenośny system automatycznej zdalnej inspekcji” opracowany przez firmę Sigma Research, w skrócie PAR IS, jest jednym z pierwszych zaawansowanych urządzeń, które wkroczyły w erę towaru. System ten został specjalnie zaprojektowany do inspekcji na miejscu wielkopowierzchniowych konstrukcji warstwowych lub kompozytowych.

Kluczowym elementem Czujnik piezoelektryczny to odkształcalna folia piezoelektryczna PVDF o wymiarach 200 × 200 mm, która zawiera 1024 przetworniki. Elastyczność tej folii jest bardzo dobra i może całkowicie dopasować się do zakrzywionej powierzchni o promieniu krzywizny 4. Podłączone do niej urządzenie posiada również ręczny kontroler, próbnik danych i urządzenie wyświetlające. Odbiornik ten charakteryzuje się całkowitym stosunkiem sygnału do szumu wynoszącym 100 dB i częstotliwością środkową wynoszącą 2,5 MHz. Do wygodnych testów można zastosować kompozyty grafitowo-epoksydowe w samolotach lub dużych konstrukcjach na statkach. W przypadku aluminium i stali uzyskano już zadowalające wyniki w tym zakresie. Stwierdzono, że dla tego konkretnego zastosowania PVDF bardziej odpowiednia jest folia o polaryzacji dwuosiowej niż o polaryzacji jednoosiowej.

6. Monitorowanie konstrukcji
Folia piezoelektryczna PVD F ma również pewne zastosowania w monitorowaniu konstrukcji. Przeprowadzono systematyczne badania podstawowych właściwości struktury monitorowania folii piezoelektrycznej PVDF oraz przeprowadzono badania dynamiczne i statyczne struktury monitorowania folii piezoelektrycznej PVDF. Jednocześnie przeprowadzono także wstępne badania obciążenia udarowego konstrukcji z wykorzystaniem folii piezoelektrycznej PVDF. Wyniki pokazują, że zastosowanie folii piezoelektrycznej PVD F pozwala monitorować obciążenie udarowe konstrukcji w czasie rzeczywistym i odzwierciedlać w czasie uszkodzenia konstrukcji spowodowane uderzeniami. Ponieważ zastosowanie piezoelektrycznych materiałów cienkowarstwowych jest coraz szersze, będzie ono dobrze rozwinięte w przyszłości. Technologia produkcji cienkiej folii piezoelektrycznej będzie również rozwijać się w kierunku wysokiej wydajności, niskich kosztów i wysokiej jakości. Ponieważ metoda CVD ma lepsze pokrycie, można ją osadzać na głębokich otworach, stopniach, zagłębieniach lub innych skomplikowanych trójwymiarowych kształtach. Ponadto metodą chemicznego osadzania z fazy gazowej można również kontrolować stosunek stechiometryczny przygotowanej folii w szerokim zakresie, co jest bardzo widoczne w porównaniu z innymi metodami.
Koszt i koszty operacyjne sprzętu do chemicznego osadzania z fazy gazowej są stosunkowo niskie, co nadaje się do produkcji masowej i ciągłej oraz ma dobrą kompatybilność z innymi procedurami przetwarzania. Dlatego w przyszłości zastosowanie metody CVD do wytwarzania folii piezoelektrycznych będzie dobrze stosowane, a folie piezoelektryczne będą lepiej wykorzystywane.