Principiul efectului piezoelectric și aplicarea acestuia a ceramicii piezoelectrice

Când unii dielectrici sunt deformați de o forță externă într-o anumită direcție, în interiorul lor are loc polarizarea, iar sarcinile opuse pozitive și negative apar pe cele două suprafețe opuse ale acestora. Când forța externă este îndepărtată, aceasta va reveni la starea neîncărcată. Acest fenomen se numește efect piezoelectric pozitiv. Când direcția forței se schimbă, polaritatea sarcinii se schimbă. Din contră, atunci când se aplică un câmp electric în direcția de polarizare a dielectricului, acești dielectrici sunt de asemenea deformați, iar deformarea dielectricului dispare după ce câmpul electric este îndepărtat. Acest fenomen se numește efect piezoelectric invers sau electrostricție. Ceramica piezoelectrică este de fapt o ceramică feroelectrică polarizată cu efect piezoelectric. Este un material nou de informare. Ceramica piezoelectrică este un fel de ceramică funcțională.

În primul rând, principiul efectului piezoelectric:
   Principiul efectului piezoelectric pzt piezoceramica este că, dacă se aplică o presiune materialului piezoelectric, acesta generează o diferență de potențial (denumită efect piezoelectric pozitiv) și invers, se generează o solicitare mecanică (numit efect piezoelectric invers). Dacă presiunea este o vibrație de înaltă frecvență, atunci se generează un curent de înaltă frecvență. Atunci când un semnal electric de înaltă frecvență este aplicat unei ceramice piezoelectrice, este generat un semnal acustic de înaltă frecvență (vibrație mecanică), ceea ce numim de obicei un semnal ultrasonic. Adică, ceramica piezoelectrică are funcția de conversie și conversie inversă între energia mecanică și energia electrică, iar această relație reciprocă este într-adevăr foarte interesantă. Materialele piezoelectrice pot genera câmpuri electrice datorită deformării mecanice, sau deformării mecanice datorate câmpului electric. Acest efect de cuplare mecanic-electric inerent face ca materialele piezoelectrice să fie utilizate pe scară largă în inginerie. De exemplu, materiale piezoelectrice au fost folosite pentru a face structuri inteligente. Pe lângă capacitățile de auto-susținere, astfel de structuri au funcții precum autodiagnosticarea, autoadaptarea și autovindecarea și joacă un rol important în proiectarea viitoarelor aeronave.

2. Material piezoelectric
Efectul piezoelectric al materialelor piezoelectrice Senzorul piezo disc se datorează aranjamentului special al atomilor în rețeaua cristalină, ceea ce face ca materialul să aibă ca efect cuplarea câmpului de stres și a câmpului electric. În funcție de tipul de material, materialele piezoelectrice pot fi clasificate în monocristale piezoelectrice, policristale piezoelectrice (ceramica piezoelectrică), polimeri piezoelectrici și materiale compozite piezoelectrice. În funcție de forma specifică a materialului, acesta poate fi împărțit în două tipuri: material piezoelectric și film piezoelectric.

3. Monocristal piezoelectric
Monocristalele piezoelectrice sunt în mare parte tranzistoare de fier. De asemenea, sunt incluse cuarțul, sulfura de cadmiu, oxidul de zinc, nitrura de aluminiu și alte cristale. Aceste cristale feroelectrice includ un tranzistor de oxigen având un octaedru de oxigen, cum ar fi un cristal de titanat de bariu, niobat de litiu având o structură de niobat de litiu, rutenat de bismut și cristal de rutenat de stronțiu având o structură de bronz de wolfram. Un tranzistor feroelectric conține o legătură de hidrogen, cum ar fi fosfat dihidrogen de potasiu, fosfat dihidrogen de amoniu și cristale de fosfat hidrogen de plumb (și fosfat de stronțiu de plumb). Un cristal de titanat de bariu sau altele asemenea având o structură stratificată. În prezent, cel mai utilizat tranzistor de cuarț non-ferroelectric, tranzistor de presiune tipic de fier, niobat de litiu și rutenat de bismut.

4. Polimerul piezoelectric
Încă din 1940, Uniunea Sovietică a descoperit că lemnul era ceramică piezoelectrică. În 1960, a fost descoperită piezoelectricitatea polimerilor sintetici. În 1969, s-a constatat că fluorura de poliviniliden după electrodepunere are piezoelectricitate puternică. Materialele cu proprietăți piezoelectrice puternice includ PVDF și copolimerii săi, fluorură de polivinil, clorură de polivinil, poli-y-metil-L-glutamat și nailon-11.

5. Materiale compozite piezoelectrice
Compozitele piezoelectrice sunt materiale piezoelectrice care sunt compuse din două sau mai multe materiale. Compozitele piezoelectrice obișnuite sunt compozite cu două faze de ceramică piezoelectrică și polimeri, cum ar fi epoxidul reactiv cu fluorură de poliviniliden. Acest material compozit combină punctele forte ale ceramicii piezoelectrice și polimerilor, are o flexibilitate și proprietăți de procesare excelente și are o densitate scăzută și este ușor de adaptat impedanței acustice cu aerul, apa și țesuturile biologice. În plus, compozitele piezoelectrice au și o constantă piezoelectrică ridicată. Compozitele piezoelectrice au o gamă largă de aplicații în domeniile medical, de detectare și de măsurare.

Aplicarea efectului piezoelectric al ceramicii piezoelectrice

1. Caracteristici de fabricație
Ceramica piezoelectrică se caracterizează prin tratarea de polarizare a ceramicii feroelectrice sub un câmp electric de curent continuu pentru a avea un efect piezoelectric. În general, câmpul electric de polarizare este de 3 până la 5 kV/mm, temperatura este de 100 până la 150 °C și timpul este de 5 până la 20 min. Acești trei sunt principalii factori care afectează efectul de polarizare. Ceramica piezoelectrică cu performanțe mai bune, cum ar fi ceramica cu titanat de zirconat de plumb, are un coeficient de cuplare electromecanic de la 0,313 la 0,694.

Ceramica piezoelectrică este utilizată în principal la fabricarea de traductoare cu ultrasunete, traductoare hidroacustice, traductoare electroacustice, filtre ceramice, transformatoare ceramice, discriminatoare ceramice, generatoare de înaltă tensiune, detectoare cu infraroșu, dispozitive de suprafață acustică, dispozitive electro-optice, aprindere și giroscop piezoelectric.

2. Proprietăți ceramice
Ceramica piezoelectrică are caracteristici sensibile și poate transforma vibrațiile mecanice extrem de slabe în semnale electrice, care pot fi utilizate în sisteme sonar, detecție a vremii, protecția mediului prin telemetrie, aparate electrocasnice etc. Cutremurele sunt dezastre devastatoare, iar sursa cutremurului începe în adâncurile scoarței terestre. Era greu de prezis înainte, iar oamenii au fost prinși într-o situație jenantă. Sensibilitatea ceramicii piezoelectrice la forța externă face posibilă simțirea perturbării aerului de către insectele zburătoare care bat din aripi mai mult de zece metri. Poate fi folosit pentru a realiza seismograful piezoelectric, care poate măsura cu precizie intensitatea cutremurului și poate indica direcția și distanța cutremurului. Aceasta nu poate fi o mare realizare a ceramicii piezoelectrice. Ceramica piezoelectrică produce o cantitate mică de deformare sub acțiunea unui câmp electric, până la o fracțiune de milione din dimensiunea proprie. Nu subestimați această mică schimbare, mecanismul de control precis bazat pe acest principiu - actuator piezoelectric, pentru instrumente de precizie și control mecanic, microelectronică, bioinginerie și alte domenii sunt un mare avantaj. Dispozitivele de control al frecvenței, cum ar fi rezonatoarele și filtrele, sunt dispozitivele cheie care determină performanța dispozitivelor de comunicație. Ceramica piezoelectrică are avantaje evidente în acest sens. Are stabilitate bună de frecvență, precizie ridicată și gamă largă de frecvență și are dimensiuni mici, non-higroscopice și de lungă durată. În special în echipamentele de comunicație multicanal, poate îmbunătăți capacitatea anti-interferență, astfel încât echipamentul electromagnetic anterior să nu poată fi privit înapoi.

3. Aplicație
Ceramica piezoelectrică este materiale electronice funcționale noi cu inteligență ridicată. Odată cu cercetarea și îmbunătățirea continuă a materialelor și proceselor, aplicarea ceramicii piezoelectrice devine din ce în ce mai extinsă. Ca mașină, electricitate, sunet, lumină și materiale sensibile la căldură, materiale piezoelectrice Traductorul piezo-ceramic cu disc a fost utilizat pe scară largă în senzori, traductoare, teste nedistructive și tehnologii de comunicare. Policristalele se formează prin reacție în fază solidă în diferite țări ale lumii. Iar denumirea generală a ceramicii feroelectrice cu efect piezoelectric prin tratamentul de polarizare de înaltă tensiune DC este un fel de cercetare și dezvoltare care poate acorda o mare importanță energiei mecanice materialelor ceramice piezoelectrice. Odată cu dezvoltarea tehnologiei înalte, aplicarea ceramicii piezoelectrice va deveni din ce în ce mai largă. Pe lângă faptul că este folosit în domenii de înaltă tehnologie, este mai mult despre a servi oamenii în viața de zi cu zi și de a crea o viață mai bună pentru oameni.

Cinci aplicații comune ale ceramicii piezoelectrice în viața noastră de zi cu zi:
1: Aplicarea efectului piezoelectric pozitiv și negativ
2: Sonerie ceramică piezoelectrică | Difuzor
3: Captură ceramică piezoelectrică
4: Transformator piezoelectric
5: Aprindere ceramică piezoelectrică
Se poate spune că, deși ceramica piezoelectrică este un material nou, este destul de civil. Este folosit în high-tech, dar este mai mult în viață pentru a crea o viață mai bună pentru oameni.