Karakteristika ved piezoelektrisk keramik og piezoelektrisk effekt
Keramik, der har en" piezoelektrisk effekt" på ultralydstransducere kaldes piezoelektrisk keramik. Piezoelektrisk keramik dannes normalt ved kemiske reaktioner mellem flere oxiderende forbindelser eller kulsyreforbindelser under sintringsprocessen. Fremstillingsprocessen ligner den for almindelig elektronisk keramik.
Piezoelektrisk keramik er det foretrukne valg til fremstilling af ultralydstransducere på grund af deres høje fysiske styrke, kemiske inaktivitet og relativt lave produktionsomkostninger. Piezoelektrisk keramik kan bruges til at fremstille emner som ultralydstransducere, keramiske kondensatorer, sensorer og aktuatorer.
Karakteristika for piezoelektrisk keramik
Piezoelektrisk keramik er menneskeskabte piezoelektriske materialer. Piezoelektriske materialer er materialer, der kan generere elektricitet på grund af mekanisk belastning. Når der tilføres en spænding, deformeres det piezoelektriske materiale. Alle piezoelektriske materialer er ikke-ledende for at producere en piezoelektrisk effekt og arbejde.
Piezoelektrisk keramik genererer en spænding svarende til den påførte mekaniske spænding. Normalt brugt som energihøster, gasantænding og sensor til at detektere tryk, acceleration og vinkelhastighed.
Piezoelektrisk keramik genererer forskydning svarende til den anvendte spænding. Dette bruges almindeligvis til lineære aktuatorapplikationer såsom piezoelektriske injektorer, nano-positionering og vibrationsdæmpende systemer. Sammenlignet med elektroniske og hydrauliske aktuatorer har piezoelektrisk keramik fordelene ved hurtig respons, højt tryk og præcis funktionsresonans.
Piezoelektrisk keramik har naturlige vibrationer med hensyn til form og størrelse. Når et elektrisk felt med en bestemt frekvens (kaldet resonansfrekvens) påføres, vil den piezoelektriske keramik vibrere med en stor amplitude og dermed vise den maksimale strøm. Denne funktion bruges i ultralydsvibratorer, såsom vaskemaskiner, befugtere, ekkolod, elektriske signalfiltre og ultralydsmotorer.
Piezoelektriske keramiske materialer
Materialer som bariumtitanat, blyzirconat-titanat og lithiumniobat er de vigtigste råmaterialer til fremstilling af piezoelektrisk keramik. De er nogle syntetiske materialer og har vist sig at have større kraftproduktionskapacitet end de fleste naturlige materialer. Bly zirconat titanat (PZT) er det mest almindelige råmateriale til fremstilling af piezoelektrisk keramik. Det er fremstillet og produceret af to kemiske grundstoffer (ved høje temperaturer), bly og zirconium.
Piezoelektrisk keramisk plade til transducer
PZT-keramik har højere følsomhed og højere arbejdstemperatur end anden piezoelektrisk keramik. Det kendetegnende ved PZT er dens store piezoelektricitet. PZT har en perovskit-type krystalstruktur, som er velegnet til at realisere stor piezoelektricitet. Derudover kan funktioner forbedres gennem komponentoptimering.
Piezoelektrisk effekt
Uregelmæssige krystaller samles som piezoelektriske materialer. Strukturen af disse krystaller er ikke symmetrisk, men de eksisterer stadig i en elektrisk neutral balance. Når først der er anvendt mekanisk tryk på disse piezoelektriske krystaller, vil deres struktur blive deformeret, og atomerne vil blive skubbet for at producere krystaller, der kan lede strøm. Hvis du bruger den samme piezoelektriske krystal og anvender en elektrisk strøm til den, vil krystallen ekspandere og trække sig sammen og derved omdanne elektrisk energi til mekanisk energi.
Piezoelektrisk keramik er piezoelektriske materialer og har&", piezoelektrisk effekt GG"; som piezoelektriske materialer normalt har. Den piezoelektriske effekt er forårsaget af den lineære elektromekaniske interaktion mellem den mekaniske tilstand og den elektriske tilstand i krystalmaterialet. Den piezoelektriske effekt er opdelt i direkte piezoelektrisk og omvendt piezoelektrisk effekt. Den piezoelektriske effekt er reversibel. Når en lille ekstern kraft virker på den, kan den omdanne mekanisk energi til elektrisk energi. Når en vekselstrøm er påført mellem de piezoelektriske keramiske arkgrupper, vil den elektriske energi blive omvendt til mekanisk energi.
Direkte piezoelektrisk effekt
Den direkte piezoelektriske effekt er forårsaget af direkte belastning af materialet. Dette sker, når to metalplader normalt bruges til at lægge pres på et stykke piezoelektrisk materiale (såsom en krystal eller keramik). Ved blot at placere den piezoelektriske krystal mellem to metalplader, på dette tidspunkt er materialet i perfekt balance og leder ikke strøm. Når metalpladen har påført mekanisk tryk på materialet, når krystallen forstyrres af tryk eller andre belastninger, vil ladningsubalancen forårsage en forskel. Overdreven negative og positive ladninger vises på modsatte sider af krystaloverfladen. Metalpladen samler disse opladninger, som kan bruges til at generere spænding og sende strøm gennem kredsløbet. Denne proces er en direkte piezoelektrisk effekt.
Omvendt piezoelektrisk effekt
En piezoelektrisk krystal er anbragt mellem de to metalplader, og krystalstrukturen er i perfekt balance uden nogen ændring. Når elektrisk energi er påført krystallen, kontraheres og udvides krystalstrukturen. Når krystalstrukturen udvides og trækker sig sammen, konverterer den den modtagne elektriske energi og frigiver mekanisk energi i form af lydbølger. Strømmen tvinger atomerne i materialet til at vibrere frem og tilbage. Denne proces kaldes den inverse piezoelektriske effekt. Den omvendte piezoelektriske effekt hjælper med at udvikle enheder, der genererer lydbølger, såsom højttalere og summer.
Som kerneelementet i ultralydstransduceren har den piezoelektriske keramik af PZT-8 en højere kvalitetsfaktor Qm, en højere sikker arbejdstemperatur (Curie-temperatur) og et lavere dielektrisk tab (tanδ). Dette garanterer også dets høje elektromekaniske konverteringseffektivitet og stabilitet.
