Principen för piezoelektrisk effekt och dess tillämpning av piezokeramik

När vissa dielektrika deformeras av en yttre kraft i en viss riktning uppstår polarisering inuti dem, och positiva och negativa motsatta laddningar uppträder på de två motsatta ytorna därav. När den yttre kraften avlägsnas kommer den att återgå till det oladdade tillståndet. Detta fenomen kallas den positiva piezoelektriska effekten. När kraftens riktning ändras ändras laddningens polaritet. Tvärtom, när ett elektriskt fält appliceras i dielektrikets polarisationsriktning, deformeras även dessa dielektrika, och deformationen av dielektrikumet försvinner efter att det elektriska fältet har avlägsnats. Detta fenomen kallas en omvänd piezoelektrisk effekt, eller elektrostriktion. Piezoelektrisk keramik är faktiskt en polariserad ferroelektrisk keramik med piezoelektrisk effekt. Det är ett nytt material för information. Piezoelektrisk keramik är en typ av funktionell keramik.

Först principen för den piezoelektriska effekten:
   Principen för den piezoelektriska effekten pzt piezokeramik är att om ett tryck appliceras på det piezoelektriska materialet genererar det en potentialskillnad (kallad en positiv piezoelektrisk effekt), och vice versa genereras en mekanisk påkänning (kallad en omvänd piezoelektrisk effekt). Om trycket är en högfrekvent vibration, genereras en högfrekvent ström. När en högfrekvent elektrisk signal appliceras på en piezoelektrisk keramik genereras en högfrekvent akustisk signal (mekanisk vibration), vilket är vad vi brukar kalla en ultraljudssignal. Det vill säga, piezoelektrisk keramik har funktionen av omvandling och invers omvandling mellan mekanisk energi och elektrisk energi, och detta ömsesidiga förhållande är verkligen mycket intressant. Piezoelektriska material kan generera elektriska fält på grund av mekanisk deformation, eller mekanisk deformation på grund av elektriskt fält. Denna inneboende mekanisk-elektriska kopplingseffekt gör att piezoelektriska material används i stor utsträckning inom teknik. Till exempel har piezoelektriska material använts för att göra intelligenta strukturer. Förutom självbärande förmåga har sådana strukturer funktioner som självdiagnos, självanpassning och självläkning, och de spelar en viktig roll i framtida flygplansdesign.

2. Piezoelektriskt material
Den piezoelektriska effekten av piezoelektriska material piezoskivsensorn beror på det speciella arrangemanget av atomer i kristallgittret, vilket gör att materialet har effekten att koppla ihop spänningsfältet och det elektriska fältet. Beroende på typ av material kan piezoelektriska material klassificeras i piezoelektriska enkristaller, piezoelektriska polykristaller (piezoelektriska keramer), piezoelektriska polymerer och piezoelektriska kompositmaterial. Enligt den specifika materialformen kan den delas in i två typer: piezoelektriskt material och piezoelektriskt film.

3. Piezoelektriska enkristaller
Piezoelektriska enkristaller är mestadels järntransistorer. Dessutom ingår kvarts, kadmiumsulfid, zinkoxid, aluminiumnitrid och andra kristaller. Dessa ferroelektriska kristaller inkluderar en syretransistor med en syreoktaeder, såsom bariumtitanatkristall, litiumniobat med en litiumniobatstruktur, vismutrutenat och strontiumrutenatkristall med volframbronsstruktur. En ferroelektrisk transistor innehåller en vätebindning, såsom kaliumdivätefosfat, ammoniumdivätefosfat och blyvätefosfatkristaller (och blystrontiumfosfat). En bariumtitanatkristall eller liknande med en skiktad struktur. För närvarande är den mest använda icke-ferroelektriska kvartstransistorn, järntypisk trycktransistor litiumniobat och vismutrutenat.

4. Piezoelektrisk polymer
Redan 1940 upptäckte Sovjetunionen att trä var piezoelektrisk keramik. piezoelektricitet hittades i vävnader som ramie, silkesbambu, djurben, hud och blodkärl. 1960 upptäcktes piezoelektriciteten hos syntetiska polymerer. 1969 fann man att polyvinylidenfluorid efter elektrolytisk utfällning har stark piezoelektricitet. Material med starka piezoelektriska egenskaper inkluderar PVDF och dess sampolymerer, polyvinylfluorid, polyvinylklorid, poly-y-metyl-L-glutamat och nylon-11.

5. Piezoelektriska kompositmaterial
Piezoelektriska kompositer är piezoelektriska material som är sammansatta av två eller flera material. Vanliga piezoelektriska kompositer är tvåfaskompositer av piezoelektriska keramer och polymerer såsom polyvinylidenfluorid-reaktiv epoxi. Detta kompositmaterial kombinerar styrkorna hos piezoelektrisk keramik och polymerer, har utmärkt flexibilitet och bearbetningsegenskaper, och har en låg densitet och är lätt att matcha akustisk impedans med luft, vatten och biologiska vävnader. Dessutom har piezoelektriska kompositer också en hög piezoelektrisk konstant. Piezoelektriska kompositer har ett brett spektrum av tillämpningar inom områdena medicin, avkänning och mätning.

Tillämpning av piezoelektrisk effekt av piezokeramik

1. Tillverkningsegenskaper
Piezoelektrisk keramik kännetecknas av polarisationsbehandling av ferroelektrisk keramik under ett elektriskt likströmsfält för att få en piezoelektrisk effekt. I allmänhet är det elektriska polarisationsfältet 3 till 5 kV/mm, temperaturen är 100 till 150 °C och tiden är 5 till 20 min. Dessa tre är de viktigaste faktorerna som påverkar polarisationseffekten. Piezoelektrisk keramik med bättre prestanda, såsom blyzirkonattitanatkeramik, har en elektromekanisk kopplingskoefficient så hög som 0,313 till 0,694.

Piezoelektrisk keramik används främst vid tillverkning av ultraljudsgivare, hydroakustiska givare, elektroakustiska givare, keramiska filter, keramiska transformatorer, keramiska diskriminatorer, högspänningsgeneratorer, infraröda detektorer, akustiska ytanordningar, elektrooptiska anordningar, tändare och piezoelektriska.

2. Keramiska egenskaper
Piezoelektrisk keramik har känsliga egenskaper och kan omvandla extremt svaga mekaniska vibrationer till elektriska signaler, som kan användas i ekolodssystem, väderdetektering, telemetrimiljöskydd, hushållsapparater etc. Jordbävningar är förödande katastrofer och källan till jordbävningen börjar i jordskorpans djup. Det var svårt att förutse innan, och människor hamnade i en pinsam situation. Den piezoelektriska keramikens känslighet för den yttre kraften gör det möjligt att känna av störningen av luften genom att de flygande insekterna flaxar med vingarna mer än tio meter. Den kan användas för att göra den piezoelektriska seismografen, som exakt kan mäta jordbävningens intensitet och indikera jordbävningens riktning och avstånd. Detta kan inte vara en stor prestation för piezoelektrisk keramik. Piezoelektrisk keramik producerar en liten mängd deformation under inverkan av ett elektriskt fält, upp till en bråkdel av en miljondel av sin egen storlek. Underskatta inte denna lilla förändring, den exakta styrmekanismen baserad på denna princip - piezoelektriskt ställdon, för precisionsinstrumentering och mekanisk styrning, mikroelektronik, bioteknik och andra områden är en stor välsignelse. Frekvenskontrollenheter som resonatorer och filter är nyckelenheterna som bestämmer prestandan hos kommunikationsenheter. Piezoelektrisk keramik har uppenbara fördelar i detta avseende. Den har bra frekvensstabilitet, hög precision och brett frekvensområde, och är liten i storleken, icke-hygroskopisk och lång livslängd. Speciellt i flerkanalskommunikationsutrustning kan det förbättra anti-interferensförmågan, så att den tidigare elektromagnetiska utrustningen inte kan ses tillbaka.

3. Användning
Piezoelektrisk keramik är nya funktionella elektroniska material med hög intelligens. Med kontinuerlig forskning och förbättring av material och processer blir tillämpningen av piezoelektrisk keramik mer och mer omfattande. Som en maskin, elektricitet, ljud, ljus och värmekänsliga material, piezoelektriska material piezokeramisk skivomvandlare har använts i stor utsträckning inom sensorer, givare, oförstörande testning och kommunikationsteknik. Polykristaller bildas genom fastfasreaktion i olika länder runt om i världen. Och det allmänna namnet på ferroelektrisk keramik med piezoelektrisk effekt genom DC-högspänningspolarisationsbehandling är en slags forskning och utveckling som kan fästa stor vikt vid mekanisk energi till piezoelektriska keramiska material. Med utvecklingen av högteknologi kommer tillämpningen av piezoelektrisk keramik att bli mer och mer bred. Förutom att användas inom högteknologiska områden handlar det mer om att tjäna människor i det dagliga livet och skapa ett bättre liv för människor.

Fem vanliga tillämpningar av piezoelektrisk keramik i våra dagliga liv:
1: Tillämpning av positiv och negativ piezoelektrisk effekt
2: Piezoelektrisk keramisk summer | Högtalare
3: Piezoelektrisk keramisk pickup
4: Piezoelektrisk transformator
5: Piezoelektrisk keramisk tändare
Man kan säga att även om piezoelektrisk keramik är ett nytt material, är det ganska civilt. Det används inom högteknologi, men det är mer i livet för att skapa ett bättre liv för människor.