A piezo elektromos anyagok típusai - tulajdonságok és jellemzők

Csodálatos tulajdonságukkal a villamos energiát termelni az eszközök fel nem használt rezgéseitől, piezoelektromos anyagok forradalmi erőgépekként jelennek meg. Ezen anyagok kutatásának köszönhetően manapság a piezoelektromos anyagok széles választéka közül választhatunk. Különböző specifikációk jellemzik ezeket az anyagokat. De hogyan válasszunk anyagot a követelményünkhöz? Mit kell keresni? Mik a típusok piezoelektromos anyagokat? Ebben a cikkben különféle piezoelektromos anyagokat vizsgálunk meg, azok tulajdonságaival együtt. A cikk leírja az öt alapvető érdemet, amelyre figyelni kell, miközben a termékhez piezoelektromos anyagot választanak.

A piezoelektromos anyagok típusai

A piezoelektromos anyagok különböző típusai a következők.

A piezoelektromos anyagok típusai

1). Természetes létező

Ezek a kristályok anizotrop dielektriumok, nem centroszimmetrikus kristályrácsokkal. A kristályanyagok, mint a kvarc, a rochelle-só, a topáz, a turmalin-csoport ásványai és néhány szerves anyag, mint a selyem, fa, zománc, csont, haj, gumi, dentin, ebbe a kategóriába tartoznak.

2). Mesterséges szintetikus anyagok

Anyagok ferroelektromos tulajdonságok piezoelektromos anyagok előállítására használják. Az ember által készített anyagok öt fő kategóriába sorolhatók - Kvarcanalógok, kerámiák, polimerek, kompozitok és vékony filmek .

• Polimerek : Polivinilidén-difluorid, PVDF vagy PVF2.
• Kompozitok : Piezokompozitok frissítése piezopolimerek . Kétféle lehet:
  Piezo polimer, amelyben a piezoelektromos anyag egy elektromosan passzív mátrix .
  Piezo kompozitok, amelyeket két különböző kerámia példával készítenek BaTiO3 szálak megerősítése a PZT mátrix .
• Ember által készített piezoelektromos, kristályszerkezettel, mint perovszkit : Bárium-titanát, ólom-titanát, ólom-cirkonát-titanát (PZT), kálium-niobát, lítium-niobát, lítium-tantalát és egyéb ólommentes piezoelektromos kerámia.

Különböző piezoelektromos anyagok tulajdonságai

A különböző piezoelektromos anyagok tulajdonságai a következők.

Kvarc

• A kvarc a legnépszerűbb egykristályos piezoelektromos anyag. Az egykristályos anyagok különböző anyagtulajdonságokkal rendelkeznek az ömlesztett hullám terjedésének vágásától és irányától függően. Kvarc oszcillátor vastagságú nyíró üzemmódban működtetve az AT-vágást számítógépekben, TV-kben és videomagnókban használják.
• A S.A.W. eszközök ST-vágású kvarcot használnak X-terjedéssel. A kvarc rendkívül magas mechanikai minőségi tényezővel rendelkezik SQM> 105.

Lítium-niobát és lítium-tantalát

• Ezek az anyagok oxigén-oktaéderből állnak.
• Ezeknek az anyagoknak a hőmérséklete kb 1210 és 6600c illetőleg.
• Ezen anyagok magas elektromechanikus kapcsolási együtthatóval rendelkeznek a felületi akusztikai hullámhoz.

Bárium-titanát

• Ezeket az anyagokat adalékanyagok mint a Pb vagy Ca ionok stabilizálhatják a tetragonális fázis szélesebb hőmérsékleti tartományban.
• Ezeket kezdetben arra használják Langevin típusú piezoelektromos vibrátorok.

Hétf

• A PZT doppingolása donorionokkal, például Nb5 + vagy Tr5 + olyan lágy PZT-ket eredményez, mint a PZT-5.
• A PZT doppingolása olyan akceptorionokkal, mint a Fe3 + vagy az Sc3 +, olyan kemény PZT-ket eredményez, mint a PZT-8.

Ólom Titanát Kerámia

• Ezek tiszta ultrahangos képalkotást eredményezhetnek, mivel a síkbeli kapcsolás rendkívül alacsony.
• Nemrégiben ultrahangos átalakítók és elektromechanikus működtetők morfotróp fázishatárral (MPB) rendelkező egykristályos relaxor ferroelektromos elemeket fejlesztenek ki.

Piezoelektromos polimerek

A piezoelektromos polimerek bizonyos közös tulajdonságokkal rendelkeznek

• Kis piezoelektromos d konstans, amely jó választás a működtető számára.
• Nagy g állandó, ami jó választást jelent számukra érzékelőként .
• Ezeknek az anyagoknak jó akusztikai impedanciájuk illeszkedik a vízhez vagy az emberi testhez, a könnyű súly és a lágy rugalmasság miatt.
• Széles rezonancia sávszélesség az alacsony QM miatt.
• Ezek az anyagok nagyon választottak irányított mikrofonok és ultrahangos hidrofonok.

Piezoelektromos kompozitok

• A piezoelektromos kompozitok, amelyek piezoelektromos kerámia és polimer fázisokból állnak, kiváló piezoelektromos anyagokat alkotnak
• Magas kapcsolási tényező, alacsony akusztikai impedancia , mechanikai rugalmasság jellemzi ezeket az anyagokat.
• Ezeket az anyagokat különösen víz alatti szonár és orvosi diagnosztikai ultrahangos jelátalakítók számára használják.

Vékony filmek

Ömlesztett akusztikus és felületi akusztikus hullámhordozókhoz ZnO széles körben használják, mivel ott vannak a nagy piezoelektromos kapcsolások.

Melyik a legjobb piezoelektromos anyag?

A piezoelektromos anyagokat alkalmazásunk követelményei alapján választjuk meg. Az az anyag tekinthető a legjobbnak, amely könnyen megfelelhet követelményünknek. A piezoelektromos anyagok kiválasztása során néhány tényezőt figyelembe kell venni.

A piezoelektromos öt fontos érdeme

1. A k elektromechanikus kapcsolási tényező

k2 = (tárolt mechanikus energia / bemeneti elektromos energia) vagy
k2 = (tárolt elektromos energia / bemeneti mechanikus energia)

2. Piezoelektromos törzsállandó d

Leírja az indukált x törzs nagyságának és az elektromos mezőnek a kapcsolatát IS mint x = d.E.

3. Piezoelektromos feszültségállandó g

g meghatározza az X külső feszültség és az indukált E elektromos tér viszonyát E = g.X.
A reláció használata P = d.X. kijelenthetjük g = d / ε0 .ε. hol ε = permittivitás.

4. Mechanikus minőségi tényező QM

Ez a paraméter jellemzi a elektromechanikus rezonancia rendszer.

QM = ω0 / 2 ω.

5. Akusztikai impedancia Z

Ez a paraméter értékeli az akusztikus energiaátadást két anyag között. Ez a következő:

Z2 = (nyomás / térfogat sebesség).

Szilárd anyagokban Z = √ρ.√ϲ ahol ρ a sűrűség és ϲ a rugalmas merevség az anyag.

Piezoelektromos jellemzők táblázat

• A polimerek piezoelektromos állandója alacsony a kerámiához képest.
• A kerámia alapú anyagok alakváltozása nagyobb, mint a polimer alapú anyagoké, ha azonos feszültséget alkalmaznak.
• Piezoelektromos feszültség együtthatója PVDF a jobb anyag érzékelő alkalmazások .
• A nagyobb elektromechanikus kapcsolási együttható miatt Hétf olyan alkalmazásokban használják, ahol a mechanikai igénybevételt elektromos energiává kell átalakítani.
• Három paraméter, amelyet figyelembe kell venni a kiválasztásnál piezoelektromos anyagok a mechanikai rezonancia alatt dolgozó alkalmazások számára a mechanikai minőségi tényező , elektromechanikus kapcsolási tényező , és dielektromos állandó . E paraméterek nagyobb nagysága a legjobban az alkalmazás anyaga.
• Anyagok nagy piezoelektromos alakváltozási együttható , nagy nem hiszteretikus törzsszintek a legjobbak működtető .
• Anyagok magas elektromechanikus kapcsolási tényező és nagy dielektromos permittivitás a legjobbak átalakítók .
• Alacsony dielektromos veszteség -ban felhasznált anyagok szempontjából fontos off-rezonancia frekvencia alacsony hőtermelést elszámoló alkalmazások.

Ezen fizikai, anyagi, elektromechanikus tulajdonságok könnyen meg tudjuk különböztetni a piezoelektromos anyagokat. Ezek a tulajdonságok segítenek kiválasztani a legjobb piezoelektromos anyagot alkalmazásunkhoz. Melyik anyagot használta a jelentkezéshez? Milyen módosításokra van szükség a meglévő anyagok korlátozásainak túllépéséhez?