Vrste piezo električnih materijala - svojstva i značajke

Isprobajte Naš Instrument Za Uklanjanje Problema





Sa svojim nevjerojatnim karakteristikama da proizvode električnu energiju od neiskorištenih vibracija uređaja, piezoelektrični materijali pojavljuju se kao revolucionarni kombajni. Zahvaljujući istraživanjima provedenim na tim materijalima, danas postoji širok raspon piezoelektričnih materijala. Te materijale karakteriziraju različite specifikacije. Ali, kako odabrati materijal za naš zahtjev? Što tražiti? Što su vrste pijezoelektrični materijali? U ovom ćemo članku razmotriti različite vrste piezoelektričnih materijala zajedno s njihovim svojstvima. Članak opisuje pet osnovnih zasluga koje treba potražiti prilikom odabira piezoelektričnog materijala za proizvod.

Vrste piezoelektričnih materijala

Različite vrste piezoelektričnih materijala uključuju sljedeće.




Vrste Piezo električnih materijala

Vrste piezoelektričnih materijala

1) .Prirodno postojeće

Ti su kristali anizotropni dielektričari s necentrosimetričnom kristalnom rešetkom. Kristalni materijali poput kvarca, soli Rochelle, topaza, minerala iz skupine turmalina i nekih organskih tvari kao što su svila, drvo, caklina, kosti, kosa, guma, dentin spadaju u ovu kategoriju.



2). Umjetni sintetički materijali

Materijali sa feroelektrična svojstva koriste se za pripremu piezoelektričnih materijala. Umjetni materijali grupirani su u pet glavnih kategorija - Kvarcni analozi, keramika, polimeri, kompoziti i tanki filmovi .

  • Polimeri : Poliviniliden difluorid, PVDF ili PVF2.
  • Kompoziti : Piezokompoziti su nadogradnja piezopolimeri . Mogu biti dvije vrste:
    Piezo polimer u kojem je piezoelektrični materijal uronjen u električno pasivna matrica .
    Piezo kompoziti izrađeni na dva različita primjera keramike Vlakna BaTiO3 ojačanje a PZT matrica .
  • Umjetni piezoelektrik s kristalnom strukturom kao perovskit : Barijev titanat, olovni titanat, olovni cirkonat titanat (PZT), kalijev niobat, litijev niobat, litijev tantalat i drugi bez olova piezoelektrična keramika.

Svojstva različitih piezoelektričnih materijala

Svojstva različitih piezoelektričnih materijala uključuju sljedeće.

Kvarcni


  • Kvarc je najpopularniji monokristalni piezoelektrični materijal. Monokristalni materijali pokazuju različita svojstva materijala, ovisno o rezu i smjeru širenja valnog vala. Kvarcni oscilator koji se rade u načinu smicanja debljine AT-reza koriste se u računalima, televizorima i videorekorderima.
  • U S.A.W. uređaji koristi se ST-cut kvarc s X-širenjem. Kvarc ima izuzetno visok mehanički faktor kvalitete M2> 105.

Litij-niobat i litij-tantalat

  • Ti su materijali sastavljeni od oktaedra kisika.
  • Temperatura stvrdnjavanja ovih materijala je 1210 i 6600c odnosno.
  • Ovi materijali imaju visok elektromehanički koeficijent sprezanja za površinski akustični val.

Barijev titanat

  • Ovi materijali sa dopane kao što su ioni Pb ili Ca mogu stabilizirati tetragonalna faza u širem temperaturnom rasponu.
  • Oni se u početku koriste za Langevin piezoelektrični vibratori tipa.

Ponedjeljak

  • Doping PZT s ionskim ionima poput Nb5 + ili Tr5 + daje meke PZT-ove poput PZT-5.
  • Doping PZT akceptorskim ionima kao što su Fe3 + ili Sc3 + osigurava tvrde PZT poput PZT-8.

Keramika od olovnog titanata

  • Oni mogu proizvesti jasno ultrazvučno snimanje zbog izuzetno niskog ravnog spajanja.
  • Nedavno, za ultrazvuk pretvarači i razvijaju se elektromehanički aktuatori monokristalni relaksni feroelektričari s granicom morfotropne faze (MPB).

Piezoelektrični polimeri

Piezoelektrični polimeri imaju određene zajedničke karakteristike kao

  • Mala piezoelektrična d konstanta što ih čini dobrim izborom za pogon.
  • Velika g konstanta što ih čini dobrim izborom kao senzori .
  • Ovi materijali imaju dobru zvučnu impedansu koja se podudara s vodom ili ljudskim tijelom zbog male težine i meke elastičnosti.
  • Širina pojasa široke rezonancije zbog niskog QM-a.
  • Ovi su materijali visoko odabrani usmjereni mikrofoni i ultrazvučni hidrofoni.

Piezoelektrični kompoziti

  • Piezoelektrični kompoziti sastavljeni od piezoelektrične keramike i polimerne faze tvore izvrsne piezoelektrične materijale
  • Visok faktor spajanja, niska zvučna impedancija , mehanička fleksibilnost karakterizira ove materijale.
  • Ovi se materijali posebno koriste za podvodne sonare i medicinske dijagnostičke ultrazvučne pretvarače.

Tanki filmovi

Za skupne akustične i površinske uređaje za akustični val tanki filmovi od ZnO su široko korišteni zbog velike piezoelektrične sprege.

Koji je najbolji piezoelektrični materijal?

Piezoelektrični materijali odabiru se prema zahtjevima naših primjena. Materijal koji bi mogao lako udovoljiti našim zahtjevima može se smatrati najboljim. Pri odabiru piezoelektričnih materijala treba uzeti u obzir nekoliko čimbenika.

Pet važnih zasluga piezoelektrike su

1. Elektromehanički faktor spajanja k

k2 = (pohranjena mehanička energija / ulazna električna energija) ili
k2 = (pohranjena električna energija / ulazna mehanička energija)

2. Piezoelektrična konstanta deformacije d

Opisuje odnos veličine inducirane deformacije x prema električnom polju JE kao x = d.E.

3. Piezoelektrična konstanta napona g

g definira odnos između vanjskog naprezanja X i induciranog električnog polja E kao E = g.X.
Koristeći se relacijom P = d.X. možemo konstatirati g = d / ε0 .ε. gdje ε = permitivnost.

4. Mehanički faktor kvalitete QM

Ovaj parametar karakterizira oštrinu elektromehanički sustav rezonancije.

QM = ω0 / 2 ω.

5. Akustička impedancija Z

Ovaj parametar procjenjuje prijenos zvučne energije između dva materijala. To se definira kao

Z2 = (brzina tlaka / volumena).

U čvrstim materijalima Z = √ϲρ.√ϲ gdje je ρ gustoća, a ϲ elastična krutost materijala.

Tablica piezoelektričnih karakteristika

Karakteristike

Simbol

JEDINICA

BaTiO3

Ponedjeljak

PVDF

Gustoća

-

103kg / m3

5.7

7.5

1,78

Relativna permitivnost

EU0

-17001200

12

Piezoelektrični

d31

10-12C / N

78

110

2. 3

Konstantno

g3110-3Vm / N510

216

Konstanta napona

do31na 1kHzdvadeset i jedan30

12

  • Polimeri imaju nisku piezoelektričnu konstantu u usporedbi s keramikom.
  • Promjena oblika materijala na bazi keramike veća je od promjene materijala na bazi polimera kada se primijeni ista količina napona.
  • Piezoelektrični koeficijent napona od PVDF čini bolji je materijal za primjene senzora .
  • Zbog većeg koeficijenta elektromehaničkog spajanja, Ponedjeljak koristi se u primjeni gdje se mehaničko naprezanje mora pretvoriti u električnu energiju.
  • Tri parametra koja treba uzeti u obzir za odabir piezoelektrični materijali za primjene koje rade pod mehaničkom rezonancijom su mehanički čimbenik kvalitete , elektromehanički faktor spajanja , i dielektrična konstanta . Veća veličina ovih parametara je materijal za primjenu.
  • Materijali s velikim piezoelektrični koeficijent naprezanja , velika nehisteretske razine soja su najbolje za aktuator .
  • Materijali s visokim elektromehanički faktor spajanja i visoka dielektrična permitivnost su najbolje kao pretvarači .
  • Mali dielektrični gubici je važan za materijale koji se koriste u frekvencija izvan rezonancije aplikacije koje obračunavaju nisku proizvodnju topline.

Na temelju ovih fizičkih, materijalnih, elektromehanička svojstva lako možemo razlikovati piezoelektrične materijale. Ova nam svojstva pomažu u odabiru najboljeg piezoelektričnog materijala za našu primjenu. Koji ste materijal koristili za prijavu? Koje su izmjene potrebne da bi postojeći materijali prevladali svoja ograničenja?