Piezo elektrimaterjalide tüübid - omadused ja omadused

Nende hämmastavate omadustega toota elektrit seadmete kasutamata vibratsioonist, piesoelektrilised materjalid on kerkimas revolutsiooniliste jõuallikatena. Tänu nende materjalidega tehtud uuringutele on tänapäeval valida lai valik piesoelektrilisi materjale. Neid materjale iseloomustavad erinevad spetsifikatsioonid. Aga kuidas valida materjali meie nõuete jaoks? Mida otsida? Mis on tüübid piesoelektriline materjalid? Selles artiklis uurime erinevaid piesoelektrilisi materjale koos nende omadustega. Artiklis kirjeldatakse viit põhiväärtust, mida tuleks toote piesoelektrilise materjali valimisel otsida.

Piesoelektriliste materjalide tüübid

Eri tüüpi piesoelektrilised materjalid hõlmavad järgmist.

Piesoelektriliste materjalide tüübid

1). Looduslik olemasolev

Need kristallid on anisotroopsed dielektrikud, millel on mitte-tsentrosümmeetriline kristallvõre. Sellesse kategooriasse kuuluvad kristallmaterjalid nagu kvarts, Rochelle sool, topaas, turmaliinirühma mineraalid ja mõned orgaanilised ained nagu siid, puit, email, luu, juuksed, kumm, dentiin.

2). Keemilised sünteetilised materjalid

Materjalid koos ferroelektrilised omadused kasutatakse piesoelektriliste materjalide valmistamiseks. Valmistatud materjalid on jaotatud viide peamisse kategooriasse - Kvartsanaloogid, keraamika, polümeerid, komposiidid ja õhukesed kiled .

• Polümeerid : Polüvinülideendifluoriid, PVDF või PVF2.
• Komposiidid : Piezokomposiidid on versiooniuuendus piesopolümeerid . Neid võib olla kahte tüüpi:
  Piesoelektriline materjal, milles piesoelektriline materjal on sukeldatud elektriliselt passiivne maatriks .
  Piezo komposiidid, mis on valmistatud kahe erineva keraamika näite abil BaTiO3 kiud tugevdades a PZT maatriks .
• Keemiline piesoelektriline, kristallstruktuuriga perovskiit : Baariumtitanaat, pliititanaat, pliitsirkonaattitanaat (PZT), kaaliumniobaat, liitiumniobaat, liitiumtantalaat ja muud pliivabad piesoelektriline keraamika.

Erinevate piesoelektriliste materjalide omadused

Erinevate piesoelektriliste materjalide omadused hõlmavad järgmist.

Kvarts

• Kvarts on kõige populaarsem ühekristalliline piesoelektriline materjal. Ühekristallilistel materjalidel on erinevad materjali omadused, sõltuvalt laine levimise lõikest ja suunast. Kvarts ostsillaator AT-lõike paksusega nihkerežiimis töötavad arvutid, telerid ja videomakid.
• S.A.W. kasutatakse X-levikuga ST-lõigatud kvartsi. Kvartsil on äärmiselt kõrge mehaaniline kvaliteeditegur SQM> 105.

Liitiumnibaat ja liitiumantalaat

• Need materjalid koosnevad hapnikuoktaeedrist.
• Kõnealuste materjalide temperatuur on 1210 ja 6600c vastavalt.
• Nendel materjalidel on pinna akustilise laine jaoks kõrge elektromehaaniline sidestustegur.

Baariumtitanaat

• Need materjalid koos dopandid nagu Pb või Ca ioonid võivad stabiliseerida tetragonaalne faas laiemas temperatuurivahemikus.
• Neid kasutatakse esialgu Langevin -tüüpi piesoelektrilised vibraatorid.

Ee

• Doping PZT doonori ioonidega nagu Nb5 + või Tr5 + annab pehmed PZT-d nagu PZT-5.
• PZT doping koos aktseptorioonidega nagu Fe3 + või Sc3 + annab kõvad PZT-d nagu PZT-8.

Plii titanaadi keraamika

• Need võivad anda selge ultraheli pildistamise, kuna seal on väga madal tasapinnaline sidestus.
• Hiljuti ultraheli jaoks andurid ja elektromehaanilised ajamid töötatakse välja morfotroopse faasipiiriga (MPB) monokristallrelaksori ferroelektrikud.

Piesoelektrilised polümeerid

Piesoelektrilistel polümeeridel on teatud ühised omadused nagu

• Väike piesoelektriline d-konstant, mis teeb neist ajami jaoks hea valiku.
• Suur g konstant, mis teeb neist hea valiku anduritena .
• Nendel materjalidel on hea akustiline takistus, mis sobib vee või inimkehaga tänu kergele kaalule ja pehmele elastsusele.
• Laia resonantsi ribalaius madala QM-i tõttu.
• Need materjalid on väga valitud suunamikrofonid ja ultraheli hüdrofonid.

Piesoelektrilised komposiidid

• Piesoelektrilistest keraamilistest ja polümeerfaasidest koosnevad piesoelektrilised komposiidid moodustavad suurepärased piesoelektrilised materjalid
• Kõrge sidestustegur, madal akustiline takistus , mehaaniline paindlikkus iseloomustab neid materjale.
• Neid materjale kasutatakse eriti veealuste kajaloodide ja meditsiinilise diagnostika ultraheliandurite rakendustes.

Õhukesed filmid

Akustiliste ja pindmiste akustiliste lainete seadmete jaoks õhukesed kiled ZnO kasutatakse laialdaselt, kuna seal on suur piesoelektriline sidestus.

Milline on parim piesoelektriline materjal?

Piesoelektrilised materjalid valitakse meie rakenduste nõuete põhjal. Parimaks võib pidada materjali, mis võiks meie nõudele kergesti vastata. Piesoelektriliste materjalide valimisel tuleb arvestada mõningate teguritega.

Viis olulist piesoelektrilise teenet on

1. Elektromehaaniline sidestustegur k

k2 = (salvestatud mehaaniline energia / sisendenergia) või
k2 = (salvestatud elektrienergia / sisendmehaaniline energia)

2. Piesoelektrilise tüve konstant d

Kirjeldab indutseeritud pinge x suuruse suhet elektriväljaga ON as x = d.E.

3. Piesoelektrilise pinge konstant g

g määratleb seose välise pinge X ja indutseeritud elektrivälja E vahel E = g.X.
Seose kasutamine P = d.X. saame öelda g = d / ε0 .ε. kus ε = läbilaskvus.

4. Mehaaniline kvaliteeditegur QM

See parameeter iseloomustab pildi teravust elektromehaaniline resonantssüsteem.

QM = ω0 / 2 ω.

5. Akustiline takistus Z

Selle parameetriga hinnatakse akustilise energia ülekannet kahe materjali vahel. See on määratletud kui

Z2 = (rõhu / mahu kiirus).

Tahketes materjalides Z = √ρ.√ϲ kus ρ on tihedus ja ϲ on elastne jäikus materjalist.

Piesoelektriliste omaduste tabel

• Polümeeridel on keraamikaga võrreldes madal piesoelektriline konstant.
• Keraamikapõhiste materjalide kuju muutus on suurem kui polümeeripõhistel materjalidel, kui rakendatakse sama palju pinget.
• Piesoelektrilise pinge koefitsient PVDF teeb on parem materjal andurirakendused .
• Suurema elektromehaanilise sidestusteguri tõttu on Ee kasutatakse rakenduses, kus mehaaniline pinge tuleb muundada elektrienergiaks.
• Kolm parameetrit, mida tuleb valimisel arvesse võtta piesoelektrilised materjalid mehaanilise resonantsi all töötavate rakenduste jaoks on mehaaniline kvaliteeditegur , elektromehaaniline sidestustegur ja dielektriline konstant . Nende parameetrite suurem suurus on kõige paremini rakenduse materjal.
• Suurte materjalidega piesoelektriline deformatsioonikordaja , suur mittehüsteerilised tüvetasemed sobivad kõige paremini täitur .
• Materjalid kõrge elektromehaaniline sidestustegur ja kõrge dielektriline läbilaskvus on parimad kui andurid .
• Madal dielektriline kadu aastal kasutatavate materjalide jaoks on oluline resonantsiväline sagedus rakendused, mis moodustavad madala soojusenergia tootmise.

Nende füüsiliste, materiaalsete, elektromehaanilised omadused saame hõlpsasti eristada piesoelektrilisi materjale. Need omadused aitavad meil valida oma rakenduse jaoks parima piesoelektrilise materjali. Millist materjali olete oma rakenduse jaoks kasutanud? Milliseid muudatusi on vaja olemasolevatele materjalidele, et ületada nende piirangud?