Pjezo elektrinių medžiagų rūšys - savybės ir charakteristikos

Išbandykite Mūsų Instrumentą, Kaip Pašalinti Problemas





Jų nuostabi savybė gaminti elektrą nuo nenaudojamos prietaisų vibracijos, pjezoelektrinės medžiagos atsiranda kaip revoliuciniai jėgos kombainai. Dėl šių medžiagų tyrimų šiandien galima rinktis iš daugybės pjezoelektrinių medžiagų. Skirtingos specifikacijos apibūdina šias medžiagas. Bet kaip pasirinkti medžiagą pagal mūsų reikalavimus? Ko ieškoti? Kas yra tipai pjezoelektrinis medžiagos? Šiame straipsnyje nagrinėjame skirtingas pjezoelektrinių medžiagų rūšis ir jų savybes. Straipsnyje aprašomi penki pagrindiniai privalumai, į kuriuos reikia atkreipti dėmesį renkantis gaminio pjezoelektrinę medžiagą.

Pjezoelektrinių medžiagų rūšys

Skirtingi pjezoelektrinių medžiagų tipai apima:




Pjezo elektrinių medžiagų rūšys

Pjezoelektrinių medžiagų rūšys

1). Natūralus esamas

Šie kristalai yra anizotropiniai dielektrikai, turintys ne centrosimetrinę kristalų gardelę. Šiai kategorijai priskiriamos tokios kristalinės medžiagos kaip kvarcas, Rochelle druska, topazas, turmalino grupės mineralai ir kai kurios organinės medžiagos kaip šilkas, mediena, emalis, kaulas, plaukai, guma, dentinas.



2). Dirbtinės sintetinės medžiagos

Medžiagos su feroelektrinės savybės yra naudojami pjezoelektrinėms medžiagoms paruošti. Dirbtinės medžiagos yra suskirstytos į penkias pagrindines kategorijas - Kvarco analogai, keramika, polimerai, kompozitai ir plonos plėvelės .

  • Polimerai : Polivinilideno difluoridas, PVDF arba PVF2.
  • Kompozitai : Piezokompozitai yra atnaujinti pjezopolimerai . Jie gali būti dviejų tipų:
    Pjezo polimeras, kuriame pjezoelektrinė medžiaga yra panardinta į elektriškai pasyvi matrica .
    Pjezo kompozicijos, pagamintos naudojant du skirtingus keramikos pavyzdžius BaTiO3 pluoštai sutvirtinantis a PZT matrica .
  • Dirbtinis pjezoelektrikas, kurio kristalinė struktūra yra perovskitas : Bario titanatas, švino titanatas, švino cirkonato titanatas (PZT), kalio niobatas, ličio niobatas, ličio tantalatas ir kiti bešviniai pjezoelektrinė keramika.

Įvairių pjezoelektrinių medžiagų savybės

Įvairių pjezoelektrinių medžiagų savybės yra šios.

Kvarcas


  • Kvarcas yra populiariausia vieno kristalo pjezoelektrinė medžiaga. Vienkristalės medžiagos pasižymi skirtingomis medžiagų savybėmis, priklausomai nuo biriosios bangos sklidimo pjūvio ir krypties. Kvarcas osciliatorius veikiantys AT pjovimo storio šlyties režimu, naudojami kompiuteriuose, televizoriuose ir vaizdo grotuvuose.
  • S.A.W. naudojami ST pjovimo kvarcai su X sklidimu. Kvarcas pasižymi ypač dideliu mechaniniu kokybės koeficientu SQM> 105.

Ličio niobatas ir ličio tantalatas

  • Šias medžiagas sudaro deguonies oktaedras.
  • Šių medžiagų kietėjimo temperatūra yra 1210 m ir 6600c atitinkamai.
  • Šios medžiagos turi aukštą paviršiaus akustinės bangos elektromechaninio sujungimo koeficientą.

Bario titanatas

  • Šios medžiagos su dopantai tokie kaip Pb ar Ca jonai gali stabilizuoti tetragonalinė fazė platesniame temperatūros diapazone.
  • Jie iš pradžių naudojami Langevinas tipo pjezoelektriniai vibratoriai.

Pirm

  • Doping PZT su donoriniais jonais, tokiais kaip Nb5 + arba Tr5 +, suteikia minkštųjų PZT, tokių kaip PZT-5.
  • Dopingas PZT su akceptoriniais jonais, tokiais kaip Fe3 + ar Sc3 +, suteikia kietų PZT, tokių kaip PZT-8.

Švino titanato keramika

  • Tai gali sukelti aiškų ultragarso vaizdą, nes yra labai žemas plokštuminis sujungimas.
  • Neseniai dėl ultragarso davikliai ir kuriami elektromechaniniai pavaros pavieniai kristalų relaksatorių feroelektrikai su morfotropinės fazės riba (MPB).

Pjezoelektriniai polimerai

Pjezoelektriniai polimerai turi tam tikras bendras savybes, kaip

  • Maža pjezoelektrinė d konstanta, dėl kurios jie gali tinkamai pasirinkti pavarą.
  • Didelė g konstanta, dėl kurios jie yra geras pasirinkimas kaip jutikliai .
  • Šios medžiagos turi gerą akustinę varžą, derančią su vandeniu ar žmogaus kūnu dėl lengvo svorio ir minkšto elastingumo.
  • Platus rezonanso pralaidumas dėl mažo QM.
  • Šios medžiagos yra labai pasirinktos kryptiniai mikrofonai ir ultragarsiniai hidrofonai.

Pjezoelektriniai kompozitai

  • Pjezoelektriniai kompozitai, pagaminti iš pjezoelektrinės keramikos ir polimero fazių, sudaro puikias pjezoelektrines medžiagas
  • Didelis sukabinimo koeficientas, maža akustinė varža , mechaninis lankstumas apibūdina šias medžiagas.
  • Šios medžiagos ypač naudojamos povandeniniams sonarams ir medicininės diagnostikos ultragarsiniams davikliams pritaikyti.

Ploni filmai

Tūrinių akustinių ir paviršinių akustinių bangų įtaisų plonos plėvelės iš ZnO yra plačiai naudojami, nes ten yra didelė pjezoelektrinė mova.

Kuri yra geriausia pjezoelektrinė medžiaga?

Pjezoelektrinės medžiagos parenkamos atsižvelgiant į mūsų taikymo reikalavimus. Medžiaga, kuri galėtų lengvai patenkinti mūsų reikalavimus, gali būti laikoma geriausia. Renkantis pjezoelektrines medžiagas, reikia atsižvelgti į keletą veiksnių.

Penki pjezoelektrinių privalumai yra

1. Elektromechaninis sukabinimo koeficientas k

k2 = (saugoma mechaninė energija / įvestinė elektros energija) arba
k2 = (saugoma elektros energija / įvestinė mechaninė energija)

2. Pjezoelektrinės deformacijos konstanta d

Apibūdina sukelto deformacijos x dydžio santykį su elektriniu lauku IS kaip x = d.E.

3. Pjezoelektrinės įtampos konstanta g

g apibrėžia santykį tarp išorinio įtempio X ir sukelto elektrinio lauko E kaip E = g.X.
Naudojant santykį P = d.X. galime konstatuoti g = d / ε0 .ε. kur ε = pralaidumas.

4. Mechaninis kokybės faktorius QM

Šis parametras apibūdina vaizdo ryškumą elektromechaninio rezonanso sistema.

QM = ω0 / 2 ω.

5. Akustinė varža Z

Šis parametras įvertina akustinės energijos perdavimą tarp dviejų medžiagų. Tai apibrėžiama kaip

Z2 = (slėgio / tūrio greitis).

Iš kietų medžiagų Z = √ρ.√ϲ kur ρ yra tankis ir ϲ yra elastingas standumas medžiagos.

Pjezoelektrinių charakteristikų lentelė

Charakteristikos

Simbolis

VIENETAS

BaTiO3

Pirm

PVDF

Tankis

-

103kg / m3

5.7

7.5

1.78

Santykinis leidžiamumas

ES0

-1700 m1200

12

Pjezoelektrinis

d31

10-12C / N

78

110

2. 3

Nuolatinis

g3110-3Vm / N510

216

Įtampa pastovi

į311kHz dažniudvidešimt vienas30

12

  • Polimerų pjezoelektrinė konstanta yra maža, palyginti su keramika.
  • Keramikos pagrindu pagamintų medžiagų forma keičiasi daugiau nei polimerinių medžiagų, kai naudojama vienoda įtampa.
  • Pjezoelektrinės įtampos koeficientas PVDF yra geresnė medžiaga jutiklių programos .
  • Dėl didesnio elektromechaninio sukabinimo koeficiento Pirm yra naudojamas programoje, kur mechaninis įtempis turi būti paverstas elektros energija.
  • Trys parametrai, į kuriuos reikia atsižvelgti renkantis pjezoelektrinės medžiagos taikymams, dirbantiems pagal mechaninį rezonansą, yra mechaninis kokybės faktorius , elektromechaninis sukabinimo koeficientas ir dielektrinė konstanta . Didesnis šių parametrų dydis yra programos medžiaga.
  • Medžiagos su didelėmis pjezoelektrinio tempimo koeficientas , didelis nisterizuojantis padermių lygis yra geriausi pavara .
  • Medžiagos su aukštu elektromechaninis sukabinimo koeficientas ir didelis dielektrinis pralaidumas yra geriausi kaip davikliai .
  • Mažas dielektrinis nuostolis yra svarbus medžiagoms, naudojamoms ne rezonanso dažnis mažos šilumos gamybos apskaitos programos.

Remiantis šiais fiziniais, materialiais, elektromechaninės savybės galime lengvai atskirti pjezoelektrines medžiagas. Šios savybės padeda mums pasirinkti geriausią pjezoelektrinę medžiagą. Kokią medžiagą naudojote savo paraiškai? Kokių modifikacijų reikia norint esamoms medžiagoms įveikti jų apribojimus?