Piezo Elektrik Malzemelerinin Türleri - Özellikleri ve Özellikleri

Şaşırtıcı özellikleri ile elektrik üretmek cihazların kullanılmayan titreşimlerinden, piezoelektrik malzemeler devrimci güç biçerdöverleri olarak ortaya çıkıyor. Bu malzemeler üzerinde yapılan araştırmalar sayesinde, günümüzde geniş bir piezoelektrik malzeme yelpazesi bulunmaktadır. Bu malzemeleri farklı özellikler karakterize eder. Ancak, ihtiyacımız için bir malzeme nasıl seçilir? Bakılacak şey? Nedir türleri piezoelektrik malzemeler? Bu yazıda, özellikleriyle birlikte farklı tipteki piezoelektrik malzemeleri inceleyeceğiz. Makale, ürün için bir piezoelektrik malzeme seçerken aranacak beş temel özelliği açıklıyor.

Piezoelektrik Malzemelerin Türleri

Farklı piezoelektrik malzeme türleri aşağıdakileri içerir.

Piezoelektrik Malzemelerin Türleri

1) .Doğal Mevcut

Bu kristaller, merkezsiz kristal kafesi olan anizotropik dielektriklerdir. Kuvars, Rochelle tuzu, Topaz, Turmalin grubu mineraller gibi kristal malzemeler ve ipek, ahşap, emaye, kemik, saç, kauçuk, dentin gibi bazı organik maddeler bu kategoriye girer.

2). Yapay Sentetik Malzemeler

İle malzemeler ferroelektrik özellikler piezoelektrik malzemeler hazırlamak için kullanılır. Yapay malzemeler beş ana kategoriye ayrılır - Kuvars analogları, Seramikler, Polimerler, Kompozitler ve İnce Filmler .

• Polimerler : Poliviniliden diflorür, PVDF veya PVF2.
• Kompozitler : Piezokompozitler yükseltmeleridir piezopolimerler . İki tür olabilirler:
  Piezoelektrik malzemenin içine batırıldığı Piezo polimer elektriksel olarak pasif matris .
  İki farklı seramik örneği kullanılarak yapılan piezo kompozitler BaTiO3 elyafları takviye etmek PZT matrix .
• Perovskit olarak kristal yapılı yapay piezoelektrik : Baryum titanat, Kurşun titanat, Kurşun zirkonat titanat (PZT), Potasyum niyobat, Lityum niyobat, Lityum tantalat ve diğer kurşunsuz piezoelektrik seramikler.

Farklı Piezoelektrik Malzemelerin Özellikleri

Farklı piezoelektrik malzemelerin özellikleri aşağıdakileri içerir.

Kuvars

• Kuvars, en popüler tek kristal piezoelektrik malzemedir. Tek kristal malzemeler, yığın dalga yayılımının kesimine ve yönüne bağlı olarak farklı malzeme özellikleri sergiler. Kuvars osilatör AT kesiminin kalınlık kesme modunda çalıştırılan bilgisayarlarda, TV'lerde ve VCR'lerde kullanılır.
• S.A.W. cihazlar X yayılımlı ST-cut kuvars kullanılır. Kuvars, son derece yüksek mekanik kalite faktörüne sahiptir Metrekare> 105.

Lityum Niobat ve Lityum Tantalat

• Bu malzemeler oksijen oktahedrondan oluşur.
• Bu malzemelerin Cury sıcaklıkları 1210 ve 6600c sırasıyla.
• Bu malzemeler, yüzey akustik dalgası için yüksek bir elektromekanik bağlantı katsayısına sahiptir.

Baryum Titanat

• Bu malzemeler ile dopanlar Pb veya Ca iyonları gibi iyonları stabilize edebilir dörtgen faz daha geniş bir sıcaklık aralığında.
• Bunlar başlangıçta Langevin tip piezoelektrik vibratörler.

PZT

• PZT'nin Nb5 + veya Tr5 + gibi donör iyonlarla katkılanması, PZT-5 gibi yumuşak PZT'ler sağlar.
• PZT'nin Fe3 + veya Sc3 + gibi alıcı iyonlarla katkılanması, PZT-8 gibi sert PZT'ler sağlar.

Kurşun Titanat Seramik

• Bunlar, son derece düşük düzlemsel bağlantı nedeniyle net ultrasonik görüntüleme üretebilir.
• Son zamanlarda, ultrasonik dönüştürücüler ve elektromekanik aktüatörler morfotropik faz sınırına (MPB) sahip tek kristal gevşetici ferroelektrikler geliştirilmektedir.

Piezoelektrik Polimerler

Piezoelektrik polimerler bazı ortak özelliklere sahiptir:

• Küçük piezoelektrik d sabiti, onları aktüatör için iyi bir seçim haline getirir.
• Onları iyi bir seçim yapan büyük g sabiti sensörler olarak .
• Bu malzemeler, hafifliği ve yumuşak esnekliği nedeniyle su veya insan vücudu ile uyumlu iyi akustik empedansa sahiptir.
• Düşük QM nedeniyle geniş rezonans bant genişliği.
• Bu malzemeler için son derece seçilmiştir yönlü mikrofonlar ve ultrasonik hidrofonlar.

Piezoelektrik Kompozitler

• Piezoelektrik seramik ve polimer fazlardan oluşan piezoelektrik kompozitler, mükemmel piezoelektrik malzemeler oluşturur
• Yüksek birleştirme faktörü, düşük akustik empedans mekanik esneklik bu malzemeleri karakterize eder.
• Bu malzemeler özellikle su altı sonar ve tıbbi teşhis ultrasonik dönüştürücü uygulamaları için kullanılmaktadır.

İnce filmler

Hacimli akustik ve yüzey akustik dalga cihazları için ince filmler ZnO geniş piezoelektrik bağlantı olması nedeniyle yaygın olarak kullanılmaktadır.

En İyi Piezoelektrik Materyal hangisidir?

Piezoelektrik malzemeler uygulamalarımızın ihtiyacına göre seçilir. İhtiyaçlarımızı kolayca karşılayabilecek malzeme en iyisi olarak kabul edilebilir. Piezoelektrik malzemeleri seçerken dikkat edilmesi gereken birkaç faktör vardır.

Piezoelektriğin beş önemli özelliği:

1. Elektromekanik bağlantı faktörü k

k2 = (Depolanan mekanik enerji / Giriş elektrik enerjisi) veya
k2 = (Depolanan elektrik enerjisi / Giriş mekanik enerjisi)

2. Piezoelektrik gerinim sabiti d

Elektrik alanı ile indüklenen x geriniminin büyüklüğünün ilişkisini açıklar DIR-DİR gibi x = d.E.

3. Piezoelektrik voltaj sabiti g

g dış stres X ile indüklenen elektrik alanı E arasındaki ilişkiyi şu şekilde tanımlar: E = g.X.
İlişkiyi kullanma P = d.X. belirtebiliriz g = d / ε0 .ε. nerede ε = geçirgenlik.

4. Mekanik kalite faktörü QM

Bu parametre, elektromekanik rezonans sistemi.

QM = 0/2 ω.

5. Akustik Empedans Z

Bu parametre, iki malzeme arasındaki akustik enerji transferini değerlendirir. Bu şu şekilde tanımlanır:

Z2 = (basınç / hacim hızı).

Katı malzemelerde Z = √ρ.√ϲ ρ yoğunluk ve ϲ ise elastik sertlik malzemenin.

Piezoelektrik Özellikler Tablosu

• Polimerler, seramiğe göre düşük piezoelektrik sabitine sahiptir.
• Seramik esaslı malzemelerin şekil değişikliği, aynı miktarda voltaj uygulandığında polimer esaslı malzemelere göre daha fazladır.
• Piezoelektrik voltaj katsayısı PVDF yapar daha iyi bir malzemedir sensör uygulamaları .
• Daha büyük elektromekanik bağlantı katsayısı nedeniyle, PZT mekanik gerilmenin elektrik enerjisine dönüştürülmesi gereken bir uygulamada kullanılır.
• Seçim için dikkate alınması gereken üç parametre piezoelektrik malzemeler mekanik rezonans altında çalışan uygulamalar için mekanik kalite faktörü , elektromekanik bağlantı faktörü , ve dielektrik sabiti . Bu parametrelerin büyüklüğü ne kadar yüksekse, uygulama için malzeme en iyisidir.
• Büyük malzemeler piezoelektrik gerinim katsayısı , büyük histeretik olmayan gerinim seviyeleri için en iyisi bir aktüatör .
• Yüksek malzemeler elektromekanik bağlantı faktörü ve yüksek dielektrik geçirgenlik en iyisi dönüştürücüler .
• Düşük dielektrik kaybı kullanılan malzemeler için önemlidir rezonans dışı frekans düşük ısı oluşumunu açıklayan uygulamalar.

Bu fiziksel materyallere dayanarak, elektromekanik özellikler piezoelektrik malzemeleri kolayca ayırt edebiliriz. Bu özellikler, uygulamamız için en iyi piezoelektrik malzemeyi seçmemize yardımcı olur. Başvurunuz için hangi materyali kullandınız? Mevcut malzemelerin sınırlamalarını aşması için ne tür değişiklikler gerekiyor?