Heidän hämmästyttävän ominaisuutensa tuottaa sähköä laitteiden käyttämättömästä tärinästä, pietsosähköiset materiaalit ovat nousemassa vallankumouksellisina voimankorjuukoneina. Näille materiaaleille tehdyn tutkimuksen ansiosta tänään on valittavana laaja valikoima pietsosähköisiä materiaaleja. Erilaiset eritelmät luonnehtivat näitä materiaaleja. Mutta kuinka valita materiaali vaatimuksellemme? Mitä etsiä? Mitä ovat tyyppisiä pietsosähköinen materiaaleja? Tässä artikkelissa tarkastelemme erityyppisiä pietsosähköisiä materiaaleja ja niiden ominaisuuksia. Artikkelissa kuvataan viisi perusetua, jotka on etsittävä valittaessa tuotteelle pietsosähköistä materiaalia.

Pietsosähköisten materiaalien tyypit

Eri tyyppiset pietsosähköiset materiaalit sisältävät seuraavat.

Pietsosähköisten materiaalien tyypit

1) .Luonnollinen olemassa

Nämä kiteet ovat anisotrooppisia dielektrikoita, joissa ei-sentrosymmetrinen kidehila. Kristallimateriaalit, kuten kvartsi, rochelle-suola, topaasi, turmaliiniryhmän mineraalit ja jotkut orgaaniset aineet, kuten silkki, puu, emali, luu, hiukset, kumi, dentiini, kuuluvat tähän luokkaan.

2). Valmistetut synteettiset materiaalit

Materiaalit ferrosähköiset ominaisuudet käytetään pietsosähköisten materiaalien valmistukseen. Valmistetut materiaalit on ryhmitelty viiteen pääluokkaan - Kvartsianalogit, keramiikka, polymeerit, komposiitit ja ohutkalvot .

Polymeerit : Polyvinylideenidifluoridi, PVDF tai PVF2.
Komposiitit : Piezokomposiitit ovat päivitys pietsopolymeerit . Ne voivat olla kahdenlaisia:
Pietsopolymeeri, johon pietsosähköinen materiaali on upotettu sähköisesti passiivinen matriisi .
Piezo-komposiitit, jotka on valmistettu käyttämällä kahta erilaista keramiikkaesimerkkiä BaTiO3-kuidut vahvistaminen a PZT-matriisi .
Valmistettu pietsosähköinen, kristallirakenne perovskiittina : Bariumtitanaatti, lyijytitanaatti, lyijysirkonaattititraatti (PZT), kaliumnibaatti, litiumniobaatti, litiumtantaatti ja muut lyijyttömät pietsosähköinen keramiikka.

Eri pietsosähköisten materiaalien ominaisuudet

Eri pietsosähköisten materiaalien ominaisuuksiin kuuluvat seuraavat.

Kvartsi

Kvartsi on suosituin yksikiteinen pietsosähköinen materiaali. Yksikidemateriaaleilla on erilaiset materiaaliominaisuudet riippuen irtotavaran etenemisen leikkauksesta ja suunnasta. Kvartsi oskillaattori AT-leikkauksen paksuusleikkaustilassa käytettävät tietokoneet, televisiot ja videonauhurit.
Julkaisussa S.A.W. laitteita käytetään ST-leikattua kvartsia X-etenemisellä. Kvartsi on erittäin korkea mekaaninen laatutekijä SQM> 105.

Litiumnibaatti ja litiumtantaatti

Nämä materiaalit koostuvat happioktaedronista.
Näiden materiaalien kovettumien lämpötila on 1210 ja 6600c vastaavasti.
Näillä materiaaleilla on korkea sähkömekaaninen kytkentäkerroin pinnan akustiselle aallolle.

Bariumtitanaatti

Nämä materiaalit lisäaineita kuten Pb- tai Ca-ionit voivat stabiloida tetragonaalinen vaihe laajemmalla lämpötila-alueella.
Näitä käytetään alun perin Langevin -tyyppiset pietsosähköiset vibraattorit.

Doping PZT luovuttajaioneilla, kuten Nb5 + tai Tr5 +, antaa pehmeitä PZT: itä, kuten PZT-5.
Doping PZT: tä akceptori-ioneilla, kuten Fe3 + tai Sc3 +, tuottaa kovia PZT: itä, kuten PZT-8.

Lyijyn titanaatti keraaminen

Nämä voivat tuottaa selkeän ultraäänikuvan, koska siellä on erittäin matala tasomainen kytkentä.
Äskettäin ultraääniä varten anturit ja sähkömekaanisia toimilaitteita kehitetään yksikiteisiä relaksori-ferrosähköisiä laitteita, joilla on morfotrooppinen vaiheraja (MPB).

Pietsosähköiset polymeerit

Pietsosähköisillä polymeereillä on tiettyjä yhteisiä ominaisuuksia kuten

Pieni pietsosähköinen d-vakio, mikä tekee niistä hyvän valinnan toimilaitteelle.
Suuri g-vakio, mikä tekee niistä hyvän valinnan antureina .
Näillä materiaaleilla on hyvä akustinen impedanssi, joka sopii yhteen veden tai ihmiskehon kanssa, koska ne ovat kevyitä ja pehmeitä.
Laaja resonanssikaistanleveys matalan QM: n takia.
Nämä materiaalit ovat erittäin valittuja suuntamikrofonit ja ultraäänihydrofonit.

Pietsosähköiset komposiitit

“ero vaihtovirran ja tasavirran välillä ”

Pietsosähköisistä keraamisista ja polymeerifaaseista koostuvat pietsosähköiset komposiitit muodostavat erinomaiset pietsosähköiset materiaalit
Korkea kytkentäkerroin, pieni akustinen impedanssi , mekaaninen joustavuus luonnehtii näitä materiaaleja.
Näitä materiaaleja käytetään erityisesti vedenalaisissa kaikuluotaimissa ja lääketieteellisissä diagnostisissa ultraääniantureissa.

Ohut elokuvat

Suurten akustisten ja pinta-akustisten laitteiden ohutkalvo ZnO käytetään laajalti, koska siellä on suuri pietsosähköinen kytkentä.

Mikä on paras pietsosähköinen materiaali?

Pietsosähköiset materiaalit valitaan sovelluksidemme vaatimusten perusteella. Materiaalia, joka voisi helposti täyttää vaatimuksemme, voidaan pitää parhaana. Pietsosähköisten materiaalien valinnassa on otettava huomioon muutama tekijä.

Viisi tärkeää pietsosähköisen ansiota ovat

1. Sähkömekaaninen kytkentäkerroin k

k2 = (varastoitu mekaaninen energia / syötetty sähköenergia) tai
k2 = (varastoitu sähköenergia / Syöttömekaaninen energia)

2. Pietsosähköinen venymävakio d

Kuvailee indusoidun venymän x suuruuden suhdetta sähkökenttään ON kuten x = d.E.

3. Pietsosähköisen jännitteen vakio g

g määrittelee ulkoisen jännityksen X ja indusoidun sähkökentän E välisen suhteen E = g.X.
Suhteen käyttö P = d.X. voimme sanoa g = d / ε0 .ε. missä ε = läpäisevyys.

4. Mekaaninen laatutekijä QM

Tämä parametri kuvaa laitteen terävyyttä sähkömekaaninen resonanssijärjestelmä.

QM = ω0 / 2 ω.

5. Akustinen impedanssi Z

Tämä parametri arvioi akustisen energian siirron kahden materiaalin välillä. Tämä määritellään seuraavasti

Z2 = (paine / tilavuusnopeus).

Kiinteissä materiaaleissa Z = √ρ.√ϲ missä ρ on tiheys ja ϲ on elastinen jäykkyys materiaalista.

Pietsosähköisten ominaisuuksien taulukko

Ominaisuudet	Symboli	YKSIKKÖ	BaTiO₃	Ma	PVDF
Tiheys	-	10³kg / m³	5.7	7.5	1.78
Suhteellinen läpäisevyys	EU₀	-	1700	1200	12
Pietsosähköinen	d31	10^-12C / N	78	110	2. 3
Jatkuva	g31	10^-3Vm / N	5	10	216
Jännite vakio	että₃₁	taajuudella 1 kHz	kaksikymmentäyksi	30	12 “kuinka testata kondensaattori ohmimittarilla ”

Polymeerien pietsosähkövakio on pieni keramiikkaan verrattuna.
Keraamipohjaisten materiaalien muodonmuutos on enemmän kuin polymeeripohjaisten materiaalien muoto, kun käytetään yhtä paljon jännitettä.
Pietsosähköinen jännitekerroin PVDF tekee on parempi materiaali anturisovellukset .
Suuremman sähkömekaanisen kytkentäkertoimen ansiosta Ma käytetään sovelluksessa, jossa mekaaninen rasitus on muunnettava sähköenergiaksi.
Kolme parametria, jotka on otettava huomioon valittaessa pietsosähköiset materiaalit mekaanisen resonanssin alla työskenteleville sovelluksille ovat mekaaninen laatutekijä , sähkömekaaninen kytkentäkerroin ja dielektrinen vakio . Näiden parametrien suuruus on paras sovelluksen materiaali.
Materiaalit suuria pietsosähköinen venymäkerroin , suuri ei-hystereettiset rasitustasot ovat parhaita toimilaite .
Materiaalit korkea sähkömekaaninen kytkentäkerroin ja korkea dielektrinen läpäisevyys ovat parhaita anturit .
Pieni dielektrinen häviö on tärkeä materiaaleille, joita käytetään off-resonanssitaajuus matalan lämmöntuotannon sovellukset.

Näihin fyysisiin, aineellisiin, sähkömekaaniset ominaisuudet voimme helposti erottaa pietsosähköiset materiaalit. Nämä ominaisuudet auttavat meitä valitsemaan sovelluksellemme parhaan pietsosähköisen materiaalin. Mitä materiaalia olet käyttänyt sovelluksessasi? Mitä muutoksia tarvitaan olemassa oleviin materiaaleihin niiden rajoitusten poistamiseksi?