Με το εκπληκτικό χαρακτηριστικό τους παράγουν ηλεκτρισμό από αχρησιμοποίητους κραδασμούς των συσκευών, πιεζοηλεκτρικά υλικά αναδύονται ως επαναστατικοί θεριστές ισχύος. Λόγω της έρευνας που έγινε σε αυτά τα υλικά, σήμερα υπάρχει ένα ευρύ φάσμα πιεζοηλεκτρικών υλικών για να διαλέξετε. Διαφορετικές προδιαγραφές χαρακτηρίζουν αυτά τα υλικά. Αλλά, πώς να επιλέξετε ένα υλικό για τις ανάγκες μας; Τι να ψάξω? Ποια είναι τα τύποι πιεζοηλεκτρικό υλικά? Σε αυτό το άρθρο, εξετάζουμε διαφορετικούς τύπους πιεζοηλεκτρικών υλικών μαζί με τις ιδιότητές τους. Το άρθρο περιγράφει τα πέντε βασικά πλεονεκτήματα που πρέπει να αναζητήσετε ενώ επιλέγετε ένα πιεζοηλεκτρικό υλικό για το προϊόν.

Τύποι πιεζοηλεκτρικών υλικών

Οι διαφορετικοί τύποι πιεζοηλεκτρικών υλικών περιλαμβάνουν τα ακόλουθα.

Τύποι πιεζοηλεκτρικών υλικών

1). Φυσικό Υφιστάμενο

Αυτοί οι κρύσταλλοι είναι ανισότροπα διηλεκτρικά με μη κεντροσυμμετρικό κρυσταλλικό πλέγμα. Κρυσταλλικά υλικά όπως Quartz, Rochelle salt, Topaz, Tourmaline-group mineral, και ορισμένες οργανικές ουσίες όπως μετάξι, ξύλο, σμάλτο, οστά, μαλλιά, καουτσούκ, οδοντίνη υπάγονται σε αυτήν την κατηγορία.

2). Χειροποίητα συνθετικά υλικά

Υλικά με σιδηροηλεκτρικές ιδιότητες χρησιμοποιούνται για την παρασκευή πιεζοηλεκτρικών υλικών. Τα χειροποίητα υλικά χωρίζονται σε πέντε κύριες κατηγορίες - Ανάλογα χαλαζία, κεραμικά, πολυμερή, σύνθετα και λεπτές ταινίες .

Πολυμερή : Διφθοριούχο πολυβινυλιδένιο, PVDF ή PVF2.
Σύνθετα : Πιεζοσύνθετα είναι η αναβάθμιση του piezopolymers . Μπορούν να είναι δύο τύπων:
Piezo πολυμερές στο οποίο το πιεζοηλεκτρικό υλικό βυθίζεται σε ένα ηλεκτρικά παθητική μήτρα .
Piezo σύνθετα που κατασκευάζονται χρησιμοποιώντας δύο διαφορετικά κεραμικά παράδειγμα Ίνες BaTiO3 ενίσχυση α Πίνακας PZT .
Χειροποίητο πιεζοηλεκτρικό με κρυσταλλική δομή ως περοβσκίτη : Τιτανικό βάριο, Τιτανικός μόλυβδος, Τιτανικός μόλυβδος ζιρκονικού (PZT), Νιοβικό κάλιο, νιοβικό λίθιο, ταλαντικό λίθιο και άλλα χωρίς μόλυβδο πιεζοηλεκτρικά κεραμικά.

Ιδιότητες διαφορετικών πιεζοηλεκτρικών υλικών

Οι ιδιότητες διαφορετικών πιεζοηλεκτρικών υλικών περιλαμβάνουν τα ακόλουθα.

Χαλαζίας

Το χαλαζία είναι το πιο δημοφιλές πιεζοηλεκτρικό υλικό μονού κρυστάλλου. Τα υλικά ενός κρυστάλλου εμφανίζουν διαφορετικές ιδιότητες υλικού ανάλογα με το κόψιμο και την κατεύθυνση της διάδοσης του κύματος. Χαλαζίας ταλαντωτής χρησιμοποιούνται σε λειτουργία διάτμησης πάχους του AT-cut χρησιμοποιούνται σε υπολογιστές, τηλεοράσεις και βίντεο.
Στο S.A.W. Χρησιμοποιείται συσκευή χαλαζία ST-cut με διάδοση X. Ο χαλαζίας έχει εξαιρετικά υψηλό μηχανικό παράγοντα ποιότητας SQM> 105.

Niobate λιθίου και Tantalate λιθίου

Αυτά τα υλικά αποτελούνται από οκταέδρα οξυγόνου.
Η θερμοκρασία αυτών των υλικών είναι Cury 1210 και 6600γ αντίστοιχα.
Αυτά τα υλικά έχουν υψηλό ηλεκτρομηχανικό συντελεστή ζεύξης για επιφανειακό ακουστικό κύμα.

Τιτανικό βάριο

Αυτά τα υλικά με προσβλητικά όπως τα ιόντα Pb ή Ca μπορούν να σταθεροποιήσουν το τετραγωνική φάση σε μεγαλύτερο εύρος θερμοκρασίας.
Χρησιμοποιούνται αρχικά για Λάνγκινιν - τύπου πιεζοηλεκτρικοί δονητές.

Δευ

Το ντόπινγκ PZT με ιόντα δότη όπως το Nb5 + ή το Tr5 + παρέχει μαλακό PZT όπως το PZT-5.
Το ντόπινγκ PZT με ιόντα δέκτη όπως το Fe3 + ή το Sc3 + παρέχει σκληρά PZT όπως το PZT-8.

Κεραμικό τιτανικό μόλυβδο

Αυτά μπορούν να παράγουν σαφή υπερηχητική απεικόνιση λόγω της εξαιρετικά χαμηλής επίπεδης σύνδεσης.
Πρόσφατα, για υπερήχους μορφοτροπείς και ηλεκτρομηχανικοί ενεργοποιητές μονών κρυστάλλων, χαλαρωτικά σιδηροηλεκτρικά με μορφοτροπικό όριο φάσης (MPB).

Πιεζοηλεκτρικά πολυμερή

Τα πιεζοηλεκτρικά πολυμερή έχουν ορισμένα κοινά χαρακτηριστικά όπως

Μικρή πιεζοηλεκτρική σταθερά που τους καθιστά μια καλή επιλογή για τον ενεργοποιητή.
Μεγάλη σταθερά g που τους κάνει μια καλή επιλογή ως αισθητήρες .
Αυτά τα υλικά έχουν καλή ακουστική αντίσταση που ταιριάζει με το νερό ή το ανθρώπινο σώμα λόγω του μικρού βάρους και της απαλής ελαστικότητας.
Ευρύ εύρος ζώνης συντονισμού λόγω χαμηλού QM.
Αυτά τα υλικά είναι εξαιρετικά επιλεγμένα κατευθυντικά μικρόφωνα και υπερηχητικά υδρόφωνα.

Πιεζοηλεκτρικά σύνθετα

“πίνακας μετατροπής hex σε ascii ”

Πιεζοηλεκτρικά σύνθετα υλικά αποτελούμενα από πιεζοηλεκτρικά κεραμικά και πολυμερείς φάσεις αποτελούν εξαιρετικά πιεζοηλεκτρικά υλικά
Υψηλός συντελεστής ζεύξης, χαμηλή ακουστική σύνθετη αντίσταση , η μηχανική ευελιξία χαρακτηρίζει αυτά τα υλικά.
Αυτά τα υλικά χρησιμοποιούνται ειδικά για υποβρύχιες εφαρμογές σόναρ και ιατρικών διαγνωστικών μετατροπέων υπερήχων.

Λεπτές ταινίες

Για συσκευές ακουστικής χύδην και επιφανειακών ακουστικών κυμάτων λεπτές μεμβράνες ZnO χρησιμοποιούνται ευρέως λόγω της μεγάλης πιεζοηλεκτρικής σύνδεσης.

Ποιο είναι το καλύτερο πιεζοηλεκτρικό υλικό;

Τα πιεζοηλεκτρικά υλικά επιλέγονται με βάση την απαίτηση των εφαρμογών μας. Το υλικό που θα μπορούσε εύκολα να ικανοποιήσει τις απαιτήσεις μας μπορεί να θεωρηθεί το καλύτερο. Υπάρχουν μερικοί παράγοντες που πρέπει να λαμβάνονται υπόψη κατά την επιλογή πιεζοηλεκτρικών υλικών.

Τα πέντε σημαντικά πλεονεκτήματα του πιεζοηλεκτρικού είναι

1. Ο ηλεκτρομηχανικός συντελεστής ζεύξης k

k2 = (Αποθηκευμένη μηχανική ενέργεια / Ηλεκτρική ενέργεια εισαγωγής) ή
k2 = (Αποθηκευμένη ηλεκτρική ενέργεια / Μηχανική ενέργεια εισαγωγής)

2. Πιεζοηλεκτρική σταθερά καταπόνησης d

Περιγράφει τη σχέση του μεγέθους του επαγόμενου στελέχους x με το ηλεκτρικό πεδίο ΕΙΝΑΙ όπως και x = d.E.

3. Σταθερή πιεζοηλεκτρική τάση g

σολ ορίζει τη σχέση μεταξύ της εξωτερικής τάσης X και του επαγόμενου ηλεκτρικού πεδίου E ως Ε = g.X.
Χρησιμοποιώντας τη σχέση Ρ = δ.Χ. μπορούμε να δηλώσουμε g = d/ε0 .ε. που ε = διαπερατότητα.

4. Μηχανικός συντελεστής ποιότητας QM

Αυτή η παράμετρος χαρακτηρίζει την ευκρίνεια του Ηλεκτρομηχανικό σύστημα συντονισμού.

QM= ω0/2 ω.

5. Ακουστική Αντίσταση Z

Αυτή η παράμετρος αξιολογεί την ακουστική μεταφορά ενέργειας μεταξύ δύο υλικών. Αυτό ορίζεται ως

Z2 = (ταχύτητα πίεσης / όγκου).

Σε στερεά υλικά Ζ = √ρ.√ϲ όπου ρ είναι η πυκνότητα και ϲ είναι το ελαστική δυσκαμψία του υλικού.

Πίνακας πιεζοηλεκτρικών χαρακτηριστικών

Χαρακτηριστικά	Σύμβολο	“ποια από τις ακόλουθες μορφές κρυπτογραφίας εφαρμόζεται καλύτερα στο υλικό ” ΜΟΝΑΔΑ	BaTiO₃	Δευ	PVDF
Πυκνότητα	-	10³kg / m³	5.7	7.5	1.78
Σχετική διαπερατότητα	ε/ε₀	-	1700	1200	12
Πιεζοηλεκτρικό	δ31	10^-12Γ / Ν	78	110	2. 3
Συνεχής	ζ31	10^-3Vm / Ν	5	10	216
Σταθερή τάση	προς την₃₁	στα 1kHz	είκοσι ένα	30	12

Τα πολυμερή έχουν χαμηλή πιεζοηλεκτρική σταθερά σε σύγκριση με τα κεραμικά.
Η αλλαγή του σχήματος των κεραμικών υλικών είναι μεγαλύτερη από εκείνη των πολυμερών υλικών όταν εφαρμόζεται η ίδια ποσότητα τάσης.
Συντελεστής πιεζοηλεκτρικής τάσης PVDF είναι ένα καλύτερο υλικό για εφαρμογές αισθητήρων .
Λόγω του μεγαλύτερου ηλεκτρομηχανικού συντελεστή ζεύξης, Δευ χρησιμοποιείται σε μια εφαρμογή όπου η μηχανική τάση πρέπει να μετατραπεί σε ηλεκτρική ενέργεια.
Τρεις παράμετροι που πρέπει να ληφθούν υπόψη για την επιλογή πιεζοηλεκτρικά υλικά για εφαρμογές που λειτουργούν με μηχανικό συντονισμό είναι ο μηχανικός παράγοντας ποιότητας , ηλεκτρομηχανικός συντελεστής ζεύξης , και διηλεκτρική σταθερά . Όσο υψηλότερο είναι το μέγεθος αυτών των παραμέτρων, είναι το υλικό για την εφαρμογή.
Υλικά με μεγάλο πιεζοηλεκτρικός συντελεστής καταπόνησης , μεγάλο επίπεδα μη υστερικού στελέχους είναι το καλύτερο για ένας ενεργοποιητής .
Υλικά με υψηλή ηλεκτρομηχανικός συντελεστής ζεύξης και υψηλή διηλεκτρική διαπερατότητα είναι καλύτερα ως μορφοτροπείς .
Χαμηλή διηλεκτρική απώλεια είναι σημαντικό για υλικά που χρησιμοποιούνται στο συχνότητα εκτός συντονισμού εφαρμογές που αντιπροσωπεύουν χαμηλή παραγωγή θερμότητας.

Με βάση αυτά τα φυσικά, υλικά, ηλεκτρομηχανικές ιδιότητες μπορούμε εύκολα να διακρίνουμε μεταξύ πιεζοηλεκτρικών υλικών. Αυτές οι ιδιότητες μας βοηθούν να επιλέξουμε το καλύτερο πιεζοηλεκτρικό υλικό για την εφαρμογή μας. Ποιο υλικό έχετε χρησιμοποιήσει για την αίτησή σας; Ποιες τροποποιήσεις απαιτούνται για τα υπάρχοντα υλικά για να ξεπεράσουν τους περιορισμούς τους;