Applicering av blyzirkonattitanat (PZT) som används för piezoelektriskt ställdon

1 Introduktion 

Smarta material inkluderar avkänningsmaterial och körmaterial. Perceptuella material är en klass av material som har en avkänningsfunktion för yttre eller inre spänningar, spänningar, värme, ljus, elektricitet, magnetism, strålningsenergi och kemiska mängder. De kan användas för att tillverka olika sensorenheter; Material som reagerar på miljöförhållanden eller interna förändringar och utför åtgärder som kan användas för att tillverka en mängd olika drivenheter. Den smarta enheten är ett piezo-ställdon med en avkännande drivfunktion gjord av smarta material. Den intelligenta strukturen består av material och enheter. Den integrerar avkänning, signalbehandling, styrning och körning i ett materialsystem eller struktursystem. Den kan känna av miljön eller interna parametrar, bearbeta information, utfärda kommandon, utföra och slutföra åtgärder. för att uppnå självdiagnos, självläkning och adaptiva funktioner. Tillämpningen av intelligenta materialsystem och strukturer är mycket omfattande, inte bara i försvars-försvarsvapen som flygplan, krigsfartyg, etc., utan också inom strategiskt viktiga områden av den nationella ekonomin, särskilt inom högteknologiska områden. De huvudsakliga materialen som för närvarande kompletterar smarta materialsystem och strukturer är formminnesmaterial, piezoelektriska material (inklusive piezoelektriska keramer, piezoelektriska polymerer), elektrostriktiva material, optiska fibrer och elektroreologiska varianter, magnetoreologiska varianter och liknande. Användningen av dessa smarta material, i kombination med smart och sofistikerad kompositdesign och tillverkning, vilket resulterar i ett materialsystem och struktur som drivs, avkänns och kontrolleras.

Piezoelektriska material är en stor klass av material i smarta materialsystem och strukturer. En dielektrisk kristall av piezoelektrisk keramisk givare med en piezoelektrisk effekt kommer att polariseras och bilda en ytladdning under inverkan av mekanisk påkänning. Om en sådan dielektrisk kristall placeras i ett elektriskt fält, kommer verkan av det elektriska fältet att orsaka en relativ förskjutning av de positiva och negativa laddningscentra inuti dielektrikumet för att orsaka deformation. . Eftersom det piezoelektriska materialet har ovanstående egenskaper kan enhetligheten hos det avkännande piezoelementet och aktionselementet uppnås. Piezoelektriska material kan användas i stor utsträckning i smarta material och strukturer, särskilt för självdiagnos av materialskador, självanpassning, vibrationsreduktion och bullerkontroll. De typer av piezoelektriska material som utvecklats, inklusive enkristall, polykristallint, mikrokristallint glas, organiska polymerer och kompositmaterial. Sedan 1980-talet, med slutet av klimaxen för piezoelektriska keramiska material från utvecklingen av binära system till ternära och flerkomponentsystem, har forskningen om piezoelektriska material varit långsam. Med den snabba utvecklingen av vetenskap och teknik har utvecklingen och utforskningen under kravet på applikation gett ny impuls till forskningen om piezoelektriska material. Tillsammans med de oförtröttliga ansträngningarna från vetenskaps- och teknikarbetare för grundläggande forskning och förbättring av produktionsprocesser, har den nya typen av tryck varit under det senaste decenniet. Den kontinuerliga uppkomsten av elektriska material har gjort forskningen av piezoelektriska material.

2 Översikt över piezoelektriska material

I den piezoelektrisk keramikkristall , asymmetrin i arrangemanget av de positiva och negativa jonerna och icke-sammanfallen av tyngdpunkten för enhetens positiva och negativa laddningar bildar ett elektriskt dipolmoment. Dessa elektriska dipolmoment är inriktade i en viss riktning för att bli en domänstruktur, och domänerna är oordnade på kristallen. polarisationseffekterna upphäver varandra, polarisationen i materialet är noll, och polarisationsriktningen för domänen som polariseras av det elektriska DC-fältet tenderar att vara i samma riktning. När en yttre kraft verkar på det piezoelektriska materialet för att orsaka deformation, är materialet positivt och negativt bundet. Laddningens stigning blir mindre, och polarisationsintensiteten blir också mindre. Den fria laddningen som ursprungligen adsorberats på elektroden frigörs delvis, och urladdningsfenomenet inträffar, vilket kallas den positiva piezoelektriska effekten; ett elektriskt fält med viss intensitet appliceras på de två polerna av det piezoelektriska materialet, och på chipet blir det positiva och negativa laddningsavståndet större, polarisationsintensiteten blir också större och några fria laddningar adsorberas på elektroderna för att orsaka laddningsfenomen. Den elektriska laddningen rör sig i kretsen för att mata ut mekanisk energi externt, vilket kallas den omvända piezoelektriska effekten.

2.3 Framställningsmetod för piezoelektriskt material

För olika piezoelektriska material väljs en lämplig beredningsmetod enligt dess tillämpning, egenskaper . Beredningsmetoden är uppdelad i en fastfasmetod, en vätskefasmetod och en gasfasmetod enligt den fas av fasen som inträffar under beredningen.

2.3.1 Fastfasmetod

När PZT-piezo framställs med den traditionella fastfasmetoden kommer sintringstemperaturen högre än 1200 °C att orsaka förångning av PbO. Det är svårt att kontrollera det stökiometriska förhållandet, vilket gör materialets mikrostruktur och elektriska egenskaper svåra att kontrollera. Den är lämplig för råmaterial, enkel process och piezoelektriska material. Där prestationskraven inte är höga.

2.3.2 Vätskefasmetod

Framställning av piezoelektriska material med vätskefasmetod är för närvarande den mest använda metoden, inklusive samutfällningsmetod, hydrotermisk syntesmetod, sol-gelmetod, alkoxidhydrolysmetod och liknande. Samutfällningsmetoden möjliggör lågtemperatursintring för att erhålla ett piezoelektriskt material med högre densitet än den teoretiska densiteten. Samutfällningsmetoden använde en 700 graders temperaturprogrammerad rostningsmetod för att framställa BaT iO3-pulver med en partikelstorlek på 60nm. Forskarna i USA använde en samutfällningsmetod i kombination med en frystorkningsprocess för att syntetisera PZ T-pulver i nanostorlek vid 800 grader. Sintring gav ett material med en teoretisk densitet på 98 %. I studien användes N b2 O 5 och Ta 2 O5 som prekursorreaktanter, och KT aN b O3 keramiska pulver framställdes med hydrotermisk metod och lösningsmedelstermisk metod. Den sintrade piezoelektriska keramen studerades. Kopplingskoefficienten når 0,5, och den piezoelektriska koefficienten d 33 är mellan 150 ~ 450p C / N. Den hydrotermiska metoden kräver dock högre temperatur och tryck, och utrustningsinvesteringen är stor, vilket begränsar tillämpningen av metoden. Sol-gelmetoden är den mest använda metoden i vätskefasmetoden. Högpresterande filmer kan framställas med sol-gel i kombination med olika formnings- och sintringsprocesser.

2.3. 3 gasfasmetod

Gasfasmetoden är lämplig för framställning av piezoelektriska filmer i nanoskala, främst fysisk ångavsättning och kemisk ångavsättning. Bland dem är sputtermetoden den mest använda metoden. Bottenelektroden APt/Ti avsattes på Si2/Si-substratet genom en målförstoftningsmetod och en PZT-film med en tjocklek av cirka 800 mm preparerades genom radiofrekvensförstoftning (RF). Kemisk ångavsättning kan exakt styra reaktionsproduktens kemiska sammansättning, och det är bekvämt att dopa, men det är svårt att erhålla ett lämpligt gaskällmaterial, som inte är lämpligt för låg kostnad, stora volymberedning av en film, och som praktiskt taget används mindre.