S svojo neverjetno značilnostjo proizvajajo električno energijo zaradi neuporabljenih vibracij naprav, piezoelektrični materiali se pojavljajo kot revolucionarni kombajni. Zaradi raziskav teh materialov danes lahko izbiramo med široko paleto piezoelektričnih materialov. Za te materiale so značilne različne specifikacije. Ampak, kako izbrati material za naše potrebe? Kaj iskati? Kaj so vrste piezoelektrični materiali? V tem članku preučujemo različne vrste piezoelektričnih materialov skupaj z njihovimi lastnostmi. Članek opisuje pet osnovnih zaslug, ki jih je treba iskati pri izbiri piezoelektričnega materiala za izdelek.

Vrste piezoelektričnih materialov

Različne vrste piezoelektričnih materialov vključujejo naslednje.

Vrste piezoelektričnih materialov

1) .Naravno obstoječe

Ti kristali so anizotropni dielektriki z necentrosimetrično kristalno mrežo. V to kategorijo spadajo kristalni materiali, kot so kremen, sol Rochelle, topaz, minerali skupine turmalin in nekatere organske snovi, kot so svila, les, emajl, kosti, lasje, guma, dentin.

2). Umetni sintetični materiali

Materiali s feroelektrične lastnosti se uporabljajo za pripravo piezoelektričnih materialov. Umetni materiali so razdeljeni v pet glavnih kategorij - Kvarčni analogi, keramika, polimeri, kompoziti in tanki filmi .

Polimeri : Poliviniliden difluorid, PVDF ali PVF2.
Sestavljeni deli : Piezokompoziti so nadgradnja piezopolimeri . Lahko so dve vrsti:
Piezo polimer, v katerem je piezoelektrični material potopljen v električno pasivna matrica .
Piezo kompoziti, izdelani z uporabo dveh različnih primerov keramike Vlakna BaTiO3 krepitev a PZT matrika .
Umetni piezoelektrik s kristalno strukturo kot perovskit : Barijev titanat, svinčev titanat, svinčev cirkonat titanat (PZT), kalijev niobat, litijev niobat, litijev tantalat in drugi brez svinca piezoelektrična keramika.

Lastnosti različnih piezoelektričnih materialov

Lastnosti različnih piezoelektričnih materialov vključujejo naslednje.

Kremen

Kremen je najbolj priljubljen monokristalni piezoelektrični material. Enokristalni materiali imajo različne lastnosti materiala, odvisno od reza in smeri širjenja nasipnega vala. Kremen oscilator delujejo v strižnem načinu debeline AT-reza in se uporabljajo v računalnikih, televizorjih in videorekorderjih.
V S.A.W. naprave Uporablja se ST-cut kremen s X-širjenjem. Kremen ima izredno visok mehanski faktor kakovosti Kvadratnih metrov> 105.

Litijev niobat in litijev tantalat

Ti materiali so sestavljeni iz kisikovega oktaedra.
Temperatura teh materialov je zelo nizka 1210 in 6600c oz.
Ti materiali imajo visok elektromehanski koeficient spenjanja za površinski zvočni val.

Barijev titanat

Ti materiali s dopante kot so ioni Pb ali Ca, lahko stabilizirajo tetragonalna faza v širšem temperaturnem območju.
Te se sprva uporabljajo za Langevin piezoelektrični vibratorji tipa.

Pon

Doping PZT z donorskimi ioni, kot sta Nb5 + ali Tr5 +, zagotavlja mehke PZT, kot je PZT-5.
Doping PZT s sprejemnimi ioni, kot sta Fe3 + ali Sc3 +, zagotavlja trdne PZT, kot je PZT-8.

Svinčev titanov keramični

Ti lahko ustvarijo jasno ultrazvočno slikanje zaradi izredno nizke ravninske sklopke.
V zadnjem času za ultrazvočno pretvorniki in elektromehanski aktuatorji se razvijajo monokristalni relaksorski feroelektriki z morfotropno fazno mejo (MPB).

Piezoelektrični polimeri

Piezoelektrični polimeri imajo nekatere skupne značilnosti kot

Majhna piezoelektrična d konstanta, zaradi česar so dobra izbira za pogon.
Velika g konstanta, zaradi česar so dobra izbira kot senzorji .
Ti materiali imajo dobro zvočno impedanco, ki se ujema z vodo ali človeškim telesom zaradi majhne teže in mehke elastičnosti.
Široka resonančna pasovna širina zaradi nizkega QM.
Ti materiali so zelo izbrani usmerjeni mikrofoni in ultrazvočni hidrofoni.

Piezoelektrični kompoziti

“kako izgleda pretvornik ”

Piezoelektrični kompoziti, sestavljeni iz piezoelektrične keramike in polimernih faz, tvorijo odlične piezoelektrične materiale
Visok faktor spenjanja, nizka zvočna impedanca , mehanska prožnost je značilna za te materiale.
Ti materiali se zlasti uporabljajo za uporabo podvodnih sonarjev in medicinsko diagnostičnih ultrazvočnih pretvornikov.

Tanki filmi

Za naprave v razsutem stanju in za zvočne valove so tanki filmi ZnO se pogosto uporabljajo zaradi velike piezoelektrične sklopke.

Kateri je najboljši piezoelektrični material?

Piezoelektrični materiali so izbrani glede na zahteve naših aplikacij. Material, ki bi zlahka izpolnil naše zahteve, lahko štejemo za najboljšega. Pri izbiri piezoelektričnih materialov je treba upoštevati nekaj dejavnikov.

Pet pomembnih prednosti piezoelektrike je

1. Elektromehanski faktor spenjanja k

k2 = (shranjena mehanska energija / vhodna električna energija) ali
k2 = (shranjena električna energija / vhodna mehanična energija)

2. Piezoelektrična konstanta deformacije d

Opisuje razmerje velikosti inducirane napetosti x do električnega polja JE kot x = d.E.

3. Piezoelektrična konstanta g

g definira razmerje med zunanjo napetostjo X in induciranim električnim poljem E kot E = g.X.
Uporaba relacije P = d.X. lahko navedemo g = d / ε0 .ε. kje ε = propustnost.

4. Mehanski faktor kakovosti QM

Ta parameter označuje ostrino elektromehanski resonančni sistem.

QM = ω0 / 2 ω.

5. Akustična impedanca Z

Ta parameter ovrednoti prenos zvočne energije med dvema materialoma. To je opredeljeno kot

Z2 = (hitrost tlaka / prostornine).

V trdnih materialih Z = √ρ.√ϲ kjer je ρ gostota in ϲ je elastična togost materiala.

Tabela piezoelektričnih značilnosti

Značilnosti	Simbol	ENOTA	BaTiO_3.	Pon	PVDF
Gostota “kako uporabljati integrirana vezja ”	-	10.^3.kg / m^3.	5.7	7.5	1,78
Relativna permitenca	EU₀	-	1700	1200	12.
Piezoelektrični	d31	10.^-12C / N	78	110	2. 3
Stalno	g31	10.^-3Vm / N	5.	10.	216
Napetostna konstanta	do_31.	pri 1kHz	enaindvajset	30.	12.

Polimeri imajo nizko piezoelektrično konstanto v primerjavi s keramiko.
Sprememba oblike materialov na osnovi keramike je večja kot pri materialih na osnovi polimerov, če je uporabljena enaka napetost.
Piezoelektrični napetostni koeficient PVDF znamk je boljši material za aplikacije senzorjev .
Zaradi večjega elektromehanskega koeficienta spenjanja Pon se uporablja v aplikacijah, kjer je treba mehanske obremenitve pretvoriti v električno energijo.
Pri izbiri je treba upoštevati tri parametre piezoelektrični materiali za aplikacije, ki delujejo pod mehansko resonanco mehanski faktor kakovosti , elektromehanski faktor spenjanja , in dielektrična konstanta . Višja velikost teh parametrov je najboljši material za uporabo.
Materiali z velikimi piezoelektrični koeficient napetosti , velik nehisteretične ravni sevov so najboljše za aktuator .
Materiali z visoko elektromehanski faktor spenjanja in visoka dielektrična propustnost so najboljši kot pretvorniki .
Nizka dielektrična izguba je pomemben za materiale, ki se uporabljajo v izvenresonančna frekvenca aplikacije, ki predstavljajo nizko proizvodnjo toplote.

Na podlagi teh fizičnih, materialnih, elektromehanske lastnosti zlahka ločimo piezoelektrične materiale. Te lastnosti nam pomagajo izbrati najboljši piezoelektrični material za našo uporabo. Kateri material ste uporabili za prijavo? Kakšne spremembe so potrebne, da obstoječi materiali premagajo svoje omejitve?