Mga uri ng Piezo Electric Materials - Mga Katangian, at Katangian

Sa kanilang kamangha-manghang katangian sa gumawa ng kuryente mula sa hindi nagamit na mga pag-vibrate ng mga aparato, mga materyal na piezoelectric ay umuusbong bilang mga rebolusyonaryong tagapag-ani ng kuryente. Dahil sa pagsasaliksik na ginawa sa mga materyal na ito, ngayon mayroong isang malawak na hanay ng mga materyal na piezoelectric upang pumili mula. Ang iba't ibang mga pagtutukoy ay nagpapakilala sa mga materyal na ito. Ngunit, paano pumili ng isang materyal para sa aming kinakailangan? Ano ang dapat hanapin? Ano ang mga mga uri ng piezoelectric mga materyales? Sa artikulong ito, tiningnan namin ang iba't ibang mga uri ng mga materyal na piezoelectric kasama ang kanilang mga pag-aari. Inilalarawan ng artikulo ang limang pangunahing mga katangian na hahanapin habang pumipili ng isang piezoelectric na materyal para sa produkto.

Mga uri ng Mga Materyales ng Piezoelectric

Ang iba't ibang mga uri ng mga materyal na piezoelectric ay kasama ang sumusunod.

Mga uri ng Mga Materyales ng Piezoelectric

1). Likas na Umiiral

Ang mga kristal na ito ay anisotropic dielectrics na may di-centrosymmetric crystal lattice. Ang mga kristal na materyales tulad ng Quartz, Rochelle salt, Topaz, Tourmaline-group mineral, at ilang mga organikong sangkap tulad ng sutla, kahoy, enamel, buto, buhok, goma, dentin ay nasa ilalim ng kategoryang ito.

2). Mga Materyales na gawa ng tao na gawa ng tao

Mga materyal na may mga katangian ng ferroelectric ay ginagamit upang maghanda ng mga materyal na piezoelectric. Ang mga materyales na gawa ng tao ay pangkat sa limang pangunahing mga kategorya - Mga kuwadrong analog, Ceramic, Polymers, Composite, at Thin Films .

• Mga Polymer : Polyvinylidene difluoride, PVDF o PVF2.
• Mga Composite : Mga Piezocomposite ay ang pag-upgrade ng piezopolymers . Maaari silang maging ng dalawang uri:
  Piezo polymer kung saan ang materyal na piezoelectric ay nahuhulog sa isang electrically passive matrix .
  Mga Piezo na pinaghalo na ginawa sa pamamagitan ng paggamit ng dalawang magkakaibang halimbawa ng keramika Mga hibla ng BaTiO3 nagpapatibay a PZT matrix .
• Ginawang piezoelectric ng tao na may istrakturang kristal bilang perovskite : Barium titanate, Lead titanate, Lead zirconate titanate (PZT), Potassium niobate, Lithium niobate, Lithium tantalate, at iba pang lead-free mga ceramika ng piezoelectric.

Mga Katangian ng Iba't Ibang Mga Materyal ng Piezoelectric

Ang mga katangian ng iba't ibang mga materyal na piezoelectric ay kasama ang mga sumusunod.

Quartz

• Ang quartz ay ang pinakatanyag na solong materyal na kristal piezoelectric. Ang mga solong kristal na materyales ay nagpapakita ng iba't ibang mga katangian ng materyal depende sa hiwa at direksyon ng paglaganap ng maramihang alon. Quartz oscillator na pinapatakbo sa kapal ng paggugupit mode ng AT-cut ay ginagamit sa mga computer, TV at VCR's.
• Sa S.A.W. ginagamit ang mga aparato na ST-cut quartz na may X-propagation. Ang quartz ay may napakataas na kadahilanan ng kalidad ng mekanikal SQM> 105.

Lithium Niobate at Lithium Tantalate

• Ang mga materyales na ito ay binubuo ng oxygen oktafdon.
• Ang temperatura ng Caries ng mga materyal na ito ay 1210 at 6600c ayon sa pagkakabanggit.
• Ang mga materyales na ito ay may isang mataas na koepisyent ng pagkabit ng electromekanical para sa ibabaw na alon ng acoustic.

Barium Titanate

• Ang mga materyal na ito ay may mga dopant tulad ng Pb o Ca ions ay maaaring patatagin ang tetragonal phase sa isang mas malawak na saklaw ng temperatura.
• Ang mga ito ay paunang ginamit para sa Langevin -type piezoelectric vibrators.

Mon

• Ang pag-doop ng PZT na may mga donasyong ions tulad ng Nb5 + o Tr5 + ay nagbibigay ng malambot na PZT tulad ng PZT-5.
• Ang pag-doop ng PZT sa mga tatanggap na ions tulad ng Fe3 + o Sc3 + ay nagbibigay ng mga hard PZT tulad ng PZT-8.

Lead Titanate Ceramic

• Ang mga ito ay maaaring makagawa ng malinaw na ultrasonic imaging dahil doon may napakababang pagkakabit ng planar.
• Kamakailan lamang, para sa ultrasonic mga transduser at electromekanical actuators solong kristal relaxor ferroelectrics na may morphotropic phase border (MPB) ay binuo.

Piezoelectric Polymers

Ang mga Piezoelectric polymer ay may ilang mga karaniwang katangian bilang

• Maliit na piezoelectric d pare-pareho na gumagawa ng mga ito ng isang mahusay na pagpipilian para sa actuator.
• Malaking g pare-pareho na gumagawa ng mga ito ng isang mahusay na pagpipilian bilang mga sensor .
• Ang mga materyales na ito ay may mahusay na pagtutugma ng acoustic impedance sa tubig o katawan ng tao dahil sa may gaanong timbang at malambot na pagkalastiko.
• Malawak na bandwidth ng resonance dahil sa mababang QM.
• Ang mga materyal na ito ay lubos na napili mga direksyong mikropono at ultrasonic hydrophones.

Mga Piezoelectric Composite

• Ang mga compound ng piezoelectric na binubuo ng piezoelectric ceramic at polymer phases ay bumubuo ng mahusay na mga piezoelectric na materyales
• Mataas na kadahilanan ng pagkabit, mababang impedance ng acoustic , ang kakayahang umangkop ng mekanikal na katangian ng mga materyal na ito.
• Ang mga materyales na ito ay lalo na ginagamit para sa sonar sa ilalim ng tubig at mga aplikasyon ng medikal na diagnostic ultrasonikong transduser.

Manipis na pelikula

Para sa maramihang mga tunog acoustic at ibabaw acoustic alon aparato manipis na mga pelikula ng ZnO ay malawakang ginagamit dahil doon mayroong malaking pagsasama ng piezoelectric.

Alin ang Pinakamahusay na Piezoelectric Material?

Ang mga materyal na Piezoelectric ay pinili batay sa kinakailangan ng aming mga application. Ang materyal na madaling makamit ang aming kinakailangan ay maaaring maituring na pinakamahusay. Mayroong ilang mga kadahilanan na isasaalang-alang habang pumipili ng mga materyal na piezoelectric.

Ang limang mahalagang merito ng piezoelectric ay

1. Ang kadahilanan ng electromekanikal na pagkabit k

k2 = (Itinago ang lakas na mekanikal / Pag-input ng lakas na elektrikal) o
k2 = (Naka-imbak na elektrikal na enerhiya / Input na lakas na mekanikal)

2. Patuloy ang piezoelectric strain d

Inilalarawan ang kaugnayan ng magnitude ng sapilitan pilay x sa electric field AY bilang x = d.E.

3. pare-pareho ang boltahe ng Piezoelectric g

g tumutukoy sa ugnayan sa pagitan ng panlabas na stress X at sapilitan electric field E bilang E = g.X.
Gamit ang ugnayan P = d.X. maaari nating sabihin g = d / ε0 .ε. kung saan ε = permittivity.

4. mekanikal na kalidad na kadahilanan QM

Ang parameter na ito ay nagpapakilala sa talas ng sistemang resonance ng electromekanikal.

QM = ω0 / 2 ω.

5. Acoustic Impedance Z

Sinusuri ng parameter na ito ang paglipat ng enerhiya na tunog sa pagitan ng dalawang mga materyales. Ito ay tinukoy bilang

Z2 = (presyon / dami ng bilis).

Sa solidong materyales Z = √ρ.√ϲ kung saan ang ρ ay ang density at ϲ ay ang nababanat na tigas ng materyal.

Talahanayan ng Piezoelectric Characteristics

• Ang mga polymers ay may mababang piezoelectric na pare-pareho kumpara sa mga keramika.
• Ang pagbabago ng hugis ng mga materyales na batay sa ceramic ay higit pa sa mga materyal na batay sa polimer kapag inilapat ang parehong halaga ng boltahe.
• Piezoelectric boltahe coefficient ng Ang PVDF gumagawa ay isang mas mahusay na materyal para sa application ng sensor .
• Dahil sa mas malaking koepisyent ng pagkabit ng electromekanical, Mon ay ginagamit sa isang application kung saan ang mekanikal na diin ay dapat na mai-convert sa elektrikal na enerhiya.
• Tatlong mga parameter na isasaalang-alang para sa pagpili mga materyal na piezoelectric para sa mga application na nagtatrabaho sa ilalim ng mechanical resonance ay ang kadahilanan ng kalidad ng mekanikal , kadahilanan ng pagkabit ng electromekanikal , at pare-pareho ang dielectric . Mas mataas ang lakas ng mga parameter na ito na pinakamahusay para sa aplikasyon.
• Mga materyal na may malaki piezoelectric strain coefficient , malaki mga antas na hindi hysteretic strain ay pinakamahusay para sa isang actuator .
• Mga materyal na may mataas kadahilanan ng pagkabit ng electromekanikal at mataas na pagpapahintulot sa dielectric ay pinakamahusay bilang mga transduser .
• Mababang pagkawala ng dielectric ay mahalaga para sa mga materyales na ginamit sa dalas ng off-resonance application accounting para sa mababang henerasyon ng init.

Batay sa mga pisikal, materyal, mga katangian ng electrom mekanikal madali nating makikilala ang mga materyales sa piezoelectric. Ang mga katangiang ito ay makakatulong sa amin upang pumili ng pinakamahusay na materyal na piezoelectric para sa aming aplikasyon. Aling materyal ang ginamit mo para sa iyong aplikasyon? Anong mga pagbabago ang kinakailangan para sa mga mayroon nang mga materyal upang mapagtagumpayan ang kanilang mga limitasyon?