С их удивительной характеристикой производить электричество от неиспользуемых вибраций устройств, пьезоэлектрические материалы становятся революционными комбайнами. Благодаря исследованиям, проведенным с этими материалами, сегодня существует широкий выбор пьезоэлектрических материалов. Эти материалы характеризуют разные характеристики. Но как выбрать материал для наших требований? Что искать? Какие виды пьезоэлектрический материалы? В этой статье мы рассмотрим различные типы пьезоэлектрических материалов, а также их свойства. В статье описаны пять основных достоинств, на которые следует обратить внимание при выборе пьезоэлектрического материала для изделия.

Типы пьезоэлектрических материалов

К различным типам пьезоэлектрических материалов относятся следующие.

Типы пьезоэлектрических материалов

1). Естественное существующее

Эти кристаллы представляют собой анизотропные диэлектрики с нецентросимметричной кристаллической решеткой. К этой категории относятся кристаллические материалы, такие как кварц, соль Рошеля, топаз, минералы группы турмалина и некоторые органические вещества, такие как шелк, дерево, эмаль, кость, волосы, резина, дентин.

2). Искусственные синтетические материалы

Материалы с сегнетоэлектрические свойства используются для изготовления пьезоэлектрических материалов. Искусственные материалы сгруппированы в пять основных категорий: Аналоги кварца, керамика, полимеры, композиты и тонкие пленки .

Полимеры : Поливинилидендифторид, ПВДФ или ПВФ2.
Композиты : Пьезокомпозиты являются обновлением пьезополимеры . Они могут быть двух типов:
Пьезополимер, в который пьезоэлектрический материал погружен в электрически пассивная матрица .
Пьезокомпозиты, изготовленные с использованием двух различных образцов керамики. Волокна BaTiO3 укрепление Матрица PZT .
Искусственный пьезоэлектрик с кристаллической структурой перовскита : Титанат бария, титанат свинца, титанат цирконата свинца (PZT), ниобат калия, ниобат лития, танталат лития и другие не содержащие свинца. пьезоэлектрическая керамика.

Свойства различных пьезоэлектрических материалов

К свойствам различных пьезоэлектрических материалов относятся следующие.

Кварцевый

Кварц - самый популярный монокристаллический пьезоэлектрический материал. Монокристаллические материалы демонстрируют различные свойства материала в зависимости от разреза и направления распространения объемной волны. Кварцевый осциллятор работающие в режиме сдвига по толщине AT-cut используются в компьютерах, телевизорах и видеомагнитофонах.
В S.A.W. В приборах используется кварц ST-среза с X-делением. Кварц имеет чрезвычайно высокую механическую добротность. Кв.м> 105.

Ниобат лития и танталат лития

Эти материалы состоят из кислородного октаэдра.
Температура Кюри этих материалов составляет 1210 и 6600c соответственно.
Эти материалы имеют высокий коэффициент электромеханической связи для поверхностной акустической волны.

Титанат бария

Эти материалы с присадки такие как ионы Pb или Ca могут стабилизировать тетрагональная фаза в более широком диапазоне температур.
Они изначально используются для Ланжевен пьезоэлектрические вибраторы.

Пн

Легирование PZT донорными ионами, такими как Nb5 + или Tr5 +, дает мягкие PZT, такие как PZT-5.
Легирование PZT акцепторными ионами, такими как Fe3 + или Sc3 +, дает твердые PZT, такие как PZT-8.

Свинец Титанат Керамика

Они могут обеспечить четкое ультразвуковое изображение из-за чрезвычайно низкой планарной связи.
В последнее время для ультразвуковой преобразователи и электромеханические актуаторы монокристаллических релаксорных сегнетоэлектриков с морфотропной фазовой границей (МПГ).

Пьезоэлектрические полимеры

Пьезоэлектрические полимеры имеют некоторые общие характеристики:

Небольшая пьезоэлектрическая постоянная d, что делает их хорошим выбором для привода.
Большая постоянная g, что делает их хорошим выбором как датчики .
Эти материалы имеют хорошее соответствие акустического импеданса воде или телу человека за счет небольшого веса и мягкой эластичности.
Широкая резонансная полоса частот благодаря низкому QM.
Эти материалы пользуются большим спросом направленные микрофоны и ультразвуковые гидрофоны.

Пьезоэлектрические композиты

“как работает контактор ”

Пьезоэлектрические композиты, состоящие из пьезокерамических и полимерных фаз, образуют превосходные пьезоэлектрические материалы.
Высокий коэффициент связи, низкий акустический импеданс , механическая гибкость характеризует эти материалы.
Эти материалы особенно используются в подводных сонарах и ультразвуковых преобразователях для медицинской диагностики.

Тонкие пленки

Для объемных акустических и поверхностных акустических волновых устройств тонкие пленки ZnO широко используются из-за большой пьезоэлектрической связи.

Какой самый лучший пьезоэлектрический материал?

Пьезоэлектрические материалы выбираются исходя из требований наших приложений. Материал, который легко может удовлетворить наши требования, можно считать лучшим. При выборе пьезоэлектрических материалов следует учитывать несколько факторов.

Пять важных достоинств пьезоэлектрика:

1. Коэффициент электромеханической связи k

k2 = (запасенная механическая энергия / входная электрическая энергия) или же
k2 = (запасенная электрическая энергия / входная механическая энергия)

2. Постоянная пьезоэлектрической деформации d

Описывает связь величины индуцированной деформации x с электрическим полем. ЯВЛЯЕТСЯ в качестве x = d.E.

3. Постоянная пьезоэлектрического напряжения g

грамм определяет связь между внешним напряжением X и индуцированным электрическим полем E как E = g.X.
Используя соотношение P = d.X. мы можем заявить g = d / ε0 .ε. куда ε = диэлектрическая проницаемость.

4. Механическая добротность QM

Этот параметр характеризует резкость изображения электромеханическая резонансная система.

QM = ω0 / 2 ω.

5. Акустический импеданс Z

Этот параметр оценивает передачу акустической энергии между двумя материалами. Это определяется как

Z2 = (давление / объемная скорость).

В твердых материалах Z = √ρ.√ϲ где ρ - плотность, а ϲ - упругая жесткость материала.

Таблица пьезоэлектрических характеристик

Характеристики	Символ	ЕДИНИЦА ИЗМЕРЕНИЯ	BaTiO₃	Пн	ПВДФ
Плотность “типы лифтов в зданиях ”	-	10³кг / м³	5,7	7,5	1,78
Относительная проницаемость	Европа₀	-	1700	1200	12
Пьезоэлектрический	d31	10^-12C / N	78	110	2. 3
Постоянный	g31	10^-3Вм / Н	5	10	216
Постоянное напряжение	к_{31 год}	на 1 кГц	21	30	12

Полимеры имеют низкую пьезоэлектрическую постоянную по сравнению с керамикой.
Изменение формы материалов на керамической основе больше, чем у материалов на основе полимеров, когда применяется такое же количество напряжения.
Пьезоэлектрический коэффициент напряжения ПВДФ делает это лучший материал для сенсорные приложения .
Благодаря большему коэффициенту электромеханической связи, Пн используется в приложениях, где механическое напряжение необходимо преобразовать в электрическую энергию.
Три параметра, которые следует учитывать при выборе пьезоэлектрические материалы для приложений, работающих в условиях механического резонанса механическая добротность , коэффициент электромеханической связи , и диэлектрическая постоянная . Чем выше величина этих параметров, тем лучше будет материал для применения.
Материалы с большим пьезоэлектрический коэффициент деформации , большой уровни негистерезисной деформации лучше всего подходят для привод .
Материалы с высоким коэффициент электромеханической связи и высокая диэлектрическая проницаемость лучше всего как преобразователи .
Низкие диэлектрические потери важно для материалов, используемых в внерезонансная частота приложения, учитывающие низкое тепловыделение.

Исходя из этих физических, материальных, электромеханические свойства мы можем легко различать пьезоэлектрические материалы. Эти свойства помогают нам выбрать лучший пьезоэлектрический материал для нашего применения. Какой материал вы использовали для своего приложения? Какие модификации необходимы для существующих материалов, чтобы преодолеть их ограничения?