Co oznacza ceramika piezoelektryczna?

Ceramika piezoelektryczna to funkcjonalny materiał ceramiczny pzt, który może przekształcać energię mechaniczną i energię elektryczną. Tak zwany efekt piezoelektryczny odnosi się do dodatniego efektu piezoelektrycznego, który powoduje, że gdy niektóre media znajdują się pod ciśnieniem mechanicznym, nawet jeśli ciśnienie jest tak małe jak wibracja fali dźwiękowej, spowoduje to zmiany kształtu, takie jak ściskanie lub wydłużenie, co spowoduje naładowanie powierzchni mediów. I odwrotnie, gdy przyłożone zostanie wzbudzające pole elektryczne, ośrodek spowoduje odkształcenie mechaniczne, które nazywa się odwrotnym efektem piezoelektrycznym.                   

       W 1880 roku francuscy bracia Curie odkryli „efekt piezoelektryczny”. W 1942 roku w Stanach Zjednoczonych, byłym Związku Radzieckim i Japonii wyprodukowano pierwszy piezoelektryczny materiał ceramiczny, tytanian baru. W 1947 roku narodził się przetwornik tytanianu baru, pierwsze piezoelektryczne urządzenie ceramiczne. We wczesnych latach pięćdziesiątych XX wieku pomyślnie opracowano inny piezoelektryczny materiał ceramiczny, tytanian cyrkonu ołowiu, o znacznie lepszych parametrach niż tytanian baru. Od tego czasu rozwój ceramiki piezoelektrycznej wkroczył w nowy etap. Od lat sześćdziesiątych do siedemdziesiątych XX wieku ceramika piezoelektryczna była ulepszana i stawała się coraz doskonalsza. Na przykład pojawiła się binarna ceramika piezoelektryczna z tytanianem cyrkonianu ołowiu, ulepszona wieloma elementami piezoelektrycznymi, pojawiła się również trójskładnikowa i czwartorzędowa ceramika piezoelektryczna na bazie tytanianu cyrkonianu ołowiu. Te materiały PZT charakteryzują się doskonałymi właściwościami, prostą produkcją, niskim kosztem i szerokim zastosowaniem.                           
Zapalnik piezoelektryczny, mobilny zasilacz rentgenowski i urządzenie do detonacji pocisków można wyprodukować, wykorzystując właściwości ceramiki piezoelektrycznej do przekształcania siły zewnętrznej w energię elektryczną. Wykorzystując zamiast zwykłego krzemienia dwie piezoelektryczne kolumny ceramiczne o średnicy 3 mm i wysokości 5 mm, można wykonać zapalniczkę gazowo-elektroniczną, która może zapalać się w sposób ciągły dziesiątki tysięcy razy. Używanie ceramiki piezoelektrycznej do przekształcania energii elektrycznej w wibracje ultradźwiękowe można wykorzystać do badania położenia i kształtu podwodnych ryb, przeprowadzania nieniszczących badań metalu, czyszczenia ultradźwiękowego i ultradźwiękowej obróbki medycznej, a także można je przerobić na różne przecinarki ultradźwiękowe, urządzenia spawalnicze i lutownice do obróbki tworzyw sztucznych, a nawet metalu.                 

     Ceramika piezoelektryczna jest wrażliwa na siły zewnętrzne, dzięki czemu potrafi wyczuć nawet poruszenie skrzydeł latających owadów w powietrzu z odległości kilkunastu metrów i przekształcić wyjątkowo słabe wibracje mechaniczne na sygnały elektryczne. Dzięki tej charakterystyce piezoelektryczny kryształ płytowy może być stosowany w systemach sonarowych, detekcjach meteorologicznych, telemetrii w ochronie środowiska, sprzęcie gospodarstwa domowego i tak dalej. Obecnie ceramika piezoelektryczna została zastosowana przez naukowców w wielu dziedzinach, takich jak budownictwo obronne kraju, badania naukowe, produkcja przemysłowa i życie ludzkie, stając się wszechstronną osobą w erze informacji.                  

 W lotnictwie i kosmonautyce żyroskop piezoelektryczny wykonany z ceramiki piezoelektrycznej jest „sterem” statku kosmicznego i sztucznego satelity latającego w przestrzeni kosmicznej. Tylko za pomocą „steru”, statku kosmicznego i sztucznego satelity możemy zagwarantować jego stałą pozycję i kurs. Tradycyjny żyroskop mechaniczny o krótkiej żywotności, słabej dokładności i niskiej czułości nie jest w stanie spełnić wymagań statków kosmicznych i systemów satelitarnych. Piezoceramiczna rura cylindra o niewielkich rozmiarach ma wysoką czułość i niezawodność. Okręty podwodne nurkujące w głębokim morzu są wyposażone w systemy sonarowe zwane podwodnymi zwiadowcami. Jest niezbędnym sprzętem do nawigacji podwodnej, komunikacji podwodnej, rozpoznania statków wroga, usuwania min wroga, a także potężnym narzędziem zagospodarowania zasobów morskich. Może wykrywać grupy ryb, badać topografię dna morskiego itp. W tym systemie sonarowym zastosowano piezoelektryczny ceramiczny podwodny przetwornik akustyczny. Kiedy sygnał akustyczny emitowany przez podwodny przetwornik akustyczny dotknie celu, wytworzy się sygnał odbicia, który zostanie odebrany przez inny odbierający podwodny przetwornik akustyczny, umożliwiając odnalezienie celu. Obecnie ceramika piezoelektryczna jest jednym z najlepszych materiałów do produkcji podwodnych przetworników akustycznych.               

 W medycynie lekarze umieszczają ultradźwiękowy przetwornik piezoelektryczny na badanej części ludzkiego ciała, wysyłając falę ultradźwiękową po naelektryzowaniu i wysyłając ją do tkanki ludzkiego ciała w celu wygenerowania echa, następnie odbierają echo i wyświetlają je na ekranie fluorescencyjnym, aby lekarze mogli zrozumieć wewnętrzny stan ludzkiego ciała. W przemyśle w detektorze geologicznym znajdują się piezoelektryczne elementy ceramiczne, które można wykorzystać do oceny warunków geologicznych warstw i poznania podziemnych złóż minerałów. Ponadto transformator ceramiczny, transformator w telewizorze, jest mniejszy i lżejszy, a jego sprawność wynosi 60% - 80%. Może wytrzymać wysokie napięcie 30 000 woltów, utrzymać stabilne napięcie i całkowicie wyeliminować wady rozmycia i deformacji obrazu telewizyjnego. Obecnie większość telewizorów produkowanych za granicą wykorzystuje piezoelektryczne transformatory ceramiczne. Wystarczy 15-calowy kineskop z piezoelektrycznym transformatorem ceramicznym o średnicy 75 mm. Dzięki temu telewizor jest mniejszy i lżejszy.                     
 Ceramika piezoelektryczna jest również szeroko stosowana w życiu codziennym. Elektroniczną zapalniczkę gazową wykonaną ze zwykłego krzemienia zastąpiono dwiema piezoelektrycznymi kolumnami ceramicznymi o średnicy 3 mm i wysokości 5 mm. Może być zapalany dziesiątki tysięcy razy w sposób ciągły. Elektroniczny pistolet zapłonowy wykonany na tej samej zasadzie jest doskonałym narzędziem do rozpalania kuchenki gazowej. Istnieje również rodzaj zabawek dla dzieci wykonanych z piezoelektrycznych elementów ceramicznych, na przykład brzęczyk wykonany z ceramiki piezoelektrycznej montowany w brzuchu zabawkowego szczeniaka, który będzie wydawał prawdziwy i ciekawy dźwięk.                   
 

Wraz z rozwojem zaawansowanych technologii ceramika piezoelektryczna będzie coraz szerzej stosowana. Oprócz tego, że jest stosowany w dziedzinie zaawansowanych technologii, bardziej służy ludziom w życiu codziennym i zapewnia im lepsze życie.