Zasada efektu piezoelektrycznego i zastosowanie ceramiki piezoelektrycznej

Kiedy niektóre dielektryki ulegają odkształceniu pod wpływem siły zewnętrznej w określonym kierunku, następuje w nich polaryzacja, a na ich dwóch przeciwległych powierzchniach pojawiają się przeciwne ładunki dodatnie i ujemne. Kiedy siła zewnętrzna zostanie usunięta, powróci do stanu nienaładowanego. Zjawisko to nazywane jest dodatnim efektem piezoelektrycznym. Kiedy zmienia się kierunek siły, zmienia się polaryzacja ładunku. I odwrotnie, gdy przyłożone zostanie pole elektryczne w kierunku polaryzacji dielektryka, dielektryki te również ulegną odkształceniu, a odkształcenie dielektryka zanika po usunięciu pola elektrycznego. Zjawisko to nazywane jest odwrotnym efektem piezoelektrycznym lub elektrostrykcją. Ceramika piezoelektryczna jest w rzeczywistości spolaryzowaną ceramiką ferroelektryczną z efektem piezoelektrycznym. Jest to nowy materiał informacyjny. Ceramika piezoelektryczna jest jednym z rodzajów ceramiki funkcjonalnej.

Po pierwsze, zasada efektu piezoelektrycznego:
   Zasada efektu piezoelektrycznego Ceramika piezoelektryczna pzt polega na tym, że jeśli na materiał piezoelektryczny zostanie przyłożony nacisk, powstaje różnica potencjałów (określana jako dodatni efekt piezoelektryczny) i odwrotnie, generowane jest naprężenie mechaniczne (tzw. odwrotny efekt piezoelektryczny). Jeśli ciśnienie jest wibracją o wysokiej częstotliwości, wówczas generowany jest prąd o wysokiej częstotliwości. Po przyłożeniu sygnału elektrycznego o wysokiej częstotliwości do ceramiki piezoelektrycznej generowany jest sygnał akustyczny o wysokiej częstotliwości (wibracje mechaniczne), który zwykle nazywamy sygnałem ultradźwiękowym. Oznacza to, że ceramika piezoelektryczna pełni funkcję konwersji i odwrotnej konwersji energii mechanicznej na energię elektryczną, a ta wzajemna zależność jest rzeczywiście bardzo interesująca. Materiały piezoelektryczne mogą generować pola elektryczne w wyniku odkształcenia mechanicznego lub odkształcenia mechanicznego pod wpływem pola elektrycznego. Ten nieodłączny efekt sprzężenia mechaniczno-elektrycznego sprawia, że ​​materiały piezoelektryczne są szeroko stosowane w inżynierii. Na przykład do tworzenia inteligentnych struktur wykorzystano materiały piezoelektryczne. Oprócz możliwości samonośności, takie konstrukcje spełniają takie funkcje, jak autodiagnostyka, samoadaptacja i samonaprawa, a także odgrywają ważną rolę w przyszłym projektowaniu samolotów.

2. Materiał piezoelektryczny
Efekt piezoelektryczny materiałów piezoelektrycznych Czujnik piezoelektryczny wynika ze specjalnego rozmieszczenia atomów w sieci krystalicznej, co sprawia, że ​​materiał powoduje sprzężenie pola naprężenia i pola elektrycznego. W zależności od rodzaju materiału materiały piezoelektryczne można podzielić na monokryształy piezoelektryczne, polikryształy piezoelektryczne (ceramika piezoelektryczna), polimery piezoelektryczne i piezoelektryczne materiały kompozytowe. Zgodnie z konkretną formą materiału można go podzielić na dwa typy: materiał piezoelektryczny i folię piezoelektryczną.

3. Monokryształ piezoelektryczny Pojedyncze
kryształy piezoelektryczne to głównie tranzystory żelazne. Uwzględniono także kwarc, siarczek kadmu, tlenek cynku, azotek glinu i inne kryształy. Te kryształy ferroelektryczne obejmują tranzystor tlenowy mający oktaedr tlenu, taki jak kryształ tytanianu baru, niobian litu mający strukturę niobianu litu, rutenian bizmutu i kryształ rutenianu strontu mający strukturę brązu wolframowego. Tranzystor ferroelektryczny zawiera wiązania wodorowe, takie jak kryształy diwodorofosforanu potasu, diwodorofosforanu amonu i wodorofosforanu ołowiu (i fosforanu strontu ołowiu). Kryształ tytanianu baru lub podobny, mający strukturę warstwową. Obecnie najczęściej stosowanym nieferroelektrycznym tranzystorem kwarcowym jest typowy dla żelaza tranzystor ciśnieniowy, niobian litu i rutenian bizmutu.

4. Polimer piezoelektryczny
Już w 1940 roku Związek Radziecki odkrył, że drewno to ceramika piezoelektryczna. Piezoelektryczność wykryto w tkankach takich jak ramia, jedwabny bambus, kości zwierzęce, skóra i naczynia krwionośne. W 1960 roku odkryto piezoelektryczność polimerów syntetycznych. W 1969 roku odkryto, że polifluorek winylidenu po elektroosadzaniu ma silną piezoelektryczność. Materiały o silnych właściwościach piezoelektrycznych obejmują PVDF i jego kopolimery, polifluorek winylu, polichlorek winylu, poli-γ-metylo-L-glutaminian i nylon-11.

5. Piezoelektryczne materiały kompozytowe
Kompozyty piezoelektryczne to materiały piezoelektryczne złożone z dwóch lub więcej materiałów. Typowe kompozyty piezoelektryczne to dwufazowe kompozyty składające się z ceramiki piezoelektrycznej i polimerów, takich jak epoksyd reaktywny z polifluorkiem winylidenu. Ten materiał kompozytowy łączy w sobie zalety ceramiki piezoelektrycznej i polimerów, ma doskonałą elastyczność i właściwości przetwórcze, ma niską gęstość i można go łatwo dopasować do impedancji akustycznej powietrza, wody i tkanek biologicznych. Ponadto kompozyty piezoelektryczne mają również wysoką stałą piezoelektryczną. Kompozyty piezoelektryczne mają szeroki zakres zastosowań w dziedzinie medycyny, wykrywania i pomiarów.

Zastosowanie efektu piezoelektrycznego ceramiki piezoelektrycznej

1. Charakterystyka produkcyjna
Ceramika piezoelektryczna charakteryzuje się obróbką polaryzacyjną ceramiki ferroelektrycznej pod polem elektrycznym prądu stałego, aby uzyskać efekt piezoelektryczny. Ogólnie rzecz biorąc, pole elektryczne polaryzacji wynosi od 3 do 5 kV/mm, temperatura wynosi od 100 do 150 ° C, a czas wynosi od 5 do 20 minut. Te trzy są głównymi czynnikami wpływającymi na efekt polaryzacji. Ceramika piezoelektryczna o lepszych parametrach, taka jak ceramika z tytanianu cyrkonu ołowiu, ma współczynnik sprzężenia elektromechanicznego wynoszący nawet od 0,313 do 0,694.

Ceramikę piezoelektryczną wykorzystuje się głównie do produkcji przetworników ultradźwiękowych, przetworników hydroakustycznych, przetworników elektroakustycznych, filtrów ceramicznych, transformatorów ceramicznych, dyskryminatorów ceramicznych, generatorów wysokiego napięcia, detektorów podczerwieni, powierzchniowych urządzeń akustycznych, urządzeń elektrooptycznych, zapalników i żyroskopów piezoelektrycznych.

2. Właściwości ceramiki
Ceramika piezoelektryczna ma czułe właściwości i może przetwarzać bardzo słabe wibracje mechaniczne na sygnały elektryczne, które można wykorzystać w systemach sonarowych, detekcji pogody, telemetrii, ochronie środowiska, sprzęcie gospodarstwa domowego itp. Trzęsienia ziemi to niszczycielskie katastrofy, a źródło trzęsień ziemi ma swój początek w głębi skorupy ziemskiej. Wcześniej było to trudne do przewidzenia i ludzie znaleźli się w kłopotliwej sytuacji. Wrażliwość ceramiki piezoelektrycznej na siłę zewnętrzną pozwala wyczuć zakłócenie powietrza przez latające owady trzepoczące skrzydłami na dystansie kilkunastu metrów. Można go wykorzystać do wykonania sejsmografu piezoelektrycznego, który może dokładnie zmierzyć intensywność trzęsienia ziemi oraz wskazać kierunek i odległość trzęsienia ziemi. Nie może to być wielkie osiągnięcie ceramiki piezoelektrycznej. Ceramika piezoelektryczna wytwarza niewielką ilość odkształceń pod działaniem pola elektrycznego, aż do ułamka milionowej części ich własnego rozmiaru. Nie lekceważ tej małej zmiany. Precyzyjny mechanizm sterujący oparty na tej zasadzie – siłownik piezoelektryczny do precyzyjnych oprzyrządowania i sterowania mechanicznego, mikroelektroniki, bioinżynierii i innych dziedzin, jest wielkim dobrodziejstwem. Urządzenia sterujące częstotliwością, takie jak rezonatory i filtry, są kluczowymi urządzeniami określającymi wydajność urządzeń komunikacyjnych. Ceramika piezoelektryczna ma pod tym względem oczywiste zalety. Ma dobrą stabilność częstotliwości, wysoką precyzję i szeroki zakres częstotliwości, jest mały, niehigroskopijny i ma długą żywotność. Szczególnie w wielokanałowym sprzęcie komunikacyjnym może poprawić zdolność przeciwzakłóceniową, dzięki czemu nie można oglądać poprzedniego sprzętu elektromagnetycznego.

3. Zastosowanie
Ceramika piezoelektryczna to nowe funkcjonalne materiały elektroniczne o wysokiej inteligencji. Dzięki ciągłym badaniom i udoskonalaniu materiałów i procesów zastosowanie ceramiki piezoelektrycznej staje się coraz szersze. Jako maszyna, materiały wrażliwe na elektryczność, dźwięk, światło i ciepło, materiały piezoelektryczne Przetwornik piezoceramiczny jest szeroko stosowany w czujnikach, przetwornikach, badaniach nieniszczących i technologiach komunikacyjnych. Polikryształy powstają w wyniku reakcji w fazie stałej w różnych krajach na całym świecie. Ogólna nazwa ceramiki ferroelektrycznej z efektem piezoelektrycznym poddawanym obróbce polaryzacyjnej wysokim napięciem prądu stałego jest rodzajem badań i rozwoju, który może przywiązywać duże znaczenie do energii mechanicznej w piezoelektrycznych materiałach ceramicznych. Wraz z rozwojem zaawansowanych technologii zastosowanie ceramiki piezoelektrycznej będzie coraz szersze. Oprócz tego, że jest stosowany w dziedzinach zaawansowanych technologii, bardziej służy ludziom w życiu codziennym i zapewnia im lepsze życie.

Pięć powszechnych zastosowań ceramiki piezoelektrycznej w naszym codziennym życiu:
1: Zastosowanie pozytywnego i negatywnego efektu piezoelektrycznego
2: Piezoelektryczny ceramiczny brzęczyk | Głośnik
3: Piezoelektryczny przetwornik ceramiczny
4: Transformator piezoelektryczny
5: Piezoelektryczny zapalnik ceramiczny
Można powiedzieć, że choć ceramika piezoelektryczna jest materiałem nowym, to jednak całkiem cywilnym. Jest stosowany w zaawansowanych technologiach, ale bardziej w życiu służy tworzeniu lepszego życia dla ludzi.