Видове пиезо електрически материали - свойства и характеристики

Опитайте Нашия Инструмент За Премахване На Проблемите





С невероятната им характеристика на произвеждат електричество от неизползвани вибрации на устройствата, пиезоелектрични материали се очертават като революционни комбайни. Благодарение на изследванията, направени върху тези материали, днес има голям избор от пиезоелектрични материали. Различните спецификации характеризират тези материали. Но как да изберем материал за нашето изискване? Какво да търсите? Какви са видове пиезоелектричен материали? В тази статия ще разгледаме различни видове пиезоелектрични материали заедно с техните свойства. Статията описва петте основни достойнства, които трябва да се търсят при избора на пиезоелектричен материал за продукта.

Видове пиезоелектрически материали

Различните видове пиезоелектрически материали включват следното.




Видове пиезо електрически материали

Видове пиезоелектрически материали

1) .Естествено съществуващо

Тези кристали са анизотропни диелектрици с нецентросиметрична кристална решетка. Кристални материали като кварц, сол на Рошел, топаз, минерали от групата на турмалина и някои органични вещества като коприна, дърво, емайл, кости, коса, каучук, дентин попадат в тази категория.



2). Изкуствени синтетични материали

Материали с фероелектрични свойства се използват за приготвяне на пиезоелектрични материали. Изкуствените материали са групирани в пет основни категории - Кварцови аналози, керамика, полимери, композити и тънки филми .

  • Полимери : Поливинилиден дифлуорид, PVDF или PVF2.
  • Композити : Пиезокомпозити са надстройката на пиезополимери . Те могат да бъдат два вида:
    Пиезо полимер, в който пиезоелектричният материал е потопен в електрически пасивна матрица .
    Пиезо композити, направени с помощта на два различни керамични примера Влакна BaTiO3 подсилване a PZT матрица .
  • Изкуствен пиезоелектрик с кристална структура като перовскит : Бариев титанат, оловен титанат, оловен цирконат титанат (PZT), калиев ниобат, литиев ниобат, литиев танталат и други без олово пиезоелектрична керамика.

Свойства на различни пиезоелектрични материали

Свойствата на различните пиезоелектрични материали включват следното.

Кварц


  • Кварцът е най-популярният монокристален пиезоелектричен материал. Монокристалните материали показват различни свойства на материала в зависимост от среза и посоката на разпространение на обемната вълна. Кварц осцилатор работещи в режим на срязване на дебелината на AT-cut се използват в компютри, телевизори и видеорекордери.
  • В S.A.W. устройства Използва се кварц ST-cut с X-разпространение. Кварцът има изключително висок механичен качествен фактор Площ> 105.

Литиев ниобат и литиев танталат

  • Тези материали са съставени от кислороден октаедър.
  • Температурата на излекуване на тези материали е 1210 и 6600c съответно.
  • Тези материали имат висок електромеханичен коефициент на свързване за повърхностна акустична вълна.

Бариев титанат

  • Тези материали с допанти като Pb или Ca йони могат да стабилизират тетрагонална фаза в по-широк температурен диапазон.
  • Те първоначално се използват за Лангевин тип пиезоелектрически вибратори.

Понеделник

  • Легирането на PZT с донорни йони като Nb5 + или Tr5 + осигурява меки PZT като PZT-5.
  • Легирането на PZT с акцепторни йони като Fe3 + или Sc3 + осигурява твърди PZT като PZT-8.

Оловен титанат керамичен

  • Те могат да произведат ясни ултразвукови изображения поради изключително ниското равнинно свързване.
  • Наскоро, за ултразвук преобразуватели и се разработват електромеханични изпълнителни механизми монокристални релакторни фероелектрици с морфотропна фазова граница (MPB).

Пиезоелектрични полимери

Пиезоелектричните полимери имат определени общи характеристики като

  • Малка пиезоелектрична d константа, което ги прави добър избор за задвижващия механизъм.
  • Голяма g константа, което ги прави добър избор като сензори .
  • Тези материали имат добър акустичен импеданс, съвпадащ с водата или човешкото тяло поради лекото тегло и меката еластичност.
  • Широка резонансна честотна лента поради ниския QM.
  • Тези материали са силно избрани насочени микрофони и ултразвукови хидрофони.

Пиезоелектрични композити

  • Пиезоелектричните композити, съставени от пиезоелектрична керамична и полимерна фази, образуват отлични пиезоелектрични материали
  • Висок коефициент на свързване, нисък акустичен импеданс , механичната гъвкавост характеризира тези материали.
  • Тези материали се използват особено за подводни сонари и медицински диагностични ултразвукови преобразуватели.

Тънки филми

За насипни акустични и повърхностни акустични вълнови устройства тънки филми от ZnO са широко използвани поради наличието на големи пиезоелектрични връзки.

Кой е най-добрият пиезоелектричен материал?

Пиезоелектричните материали се избират въз основа на изискванията на нашите приложения. Материалът, който лесно може да отговори на нашите изисквания, може да се счита за най-добрия. При избора на пиезоелектрични материали трябва да се имат предвид няколко фактора.

Петте важни достойнства на пиезоелектрика са

1. Коефициентът на електромеханично свързване k

k2 = (Съхранена механична енергия / Входна електрическа енергия) или
k2 = (Съхранена електрическа енергия / Входна механична енергия)

2. Пиезоелектрична константа на деформация d

Описва отношението на величината на индуцираната деформация x към електрическото поле Е като x = d.E.

3. Пиезоелектрична константа на напрежението g

ж определя връзката между външното напрежение X и индуцираното електрическо поле E като E = g.X.
Използване на релацията P = d.X. можем да заявим g = d / ε0 .ε. където ε = диелектрична проницаемост.

4. Механичен качествен фактор QM

Този параметър характеризира остротата на електромеханична резонансна система.

QM = ω0 / 2 ω.

5. Акустичен импеданс Z

Този параметър оценява акустичния енергиен трансфер между два материала. Това се определя като

Z2 = (скорост на налягане / обем).

В твърди материали Z = √ϲρ.√ϲ където ρ е плътността, а ϲ е еластична твърдост от материала.

Таблица на пиезоелектричните характеристики

Характеристики

Символ

МЕРНА ЕДИНИЦА

BaTiO3

Понеделник

PVDF

Плътност

-

103кг / м3

5.7

7.5

1.78

Относителна проницаемост

ЕС0

-17001200

12

Пиезоелектрична

d31

10-12C / N

78

110

2. 3

Постоянно

g3110-3Vm / N510

216

Постоянно напрежение

да се31при 1kHzдвадесет и едно30

12

  • Полимерите имат ниска пиезоелектрична константа в сравнение с керамиката.
  • Смяната на формата на материалите на керамична основа е повече от тази на материалите на полимерна основа, когато се прилага същото количество напрежение.
  • Коефициент на пиезоелектрично напрежение от PVDF прави е по-добър материал за сензорни приложения .
  • Поради по-големия електромеханичен коефициент на свързване, Понеделник се използва в приложение, при което механичното напрежение трябва да се преобразува в електрическа енергия.
  • Три параметъра, които трябва да се вземат предвид при избора пиезоелектрични материали за приложения, работещи под механичен резонанс са механичния качествен фактор , електромеханичен коефициент на свързване , и диелектрична константа . По-високата величина на тези параметри е най-добрият материал за приложението.
  • Материали с големи пиезоелектричен коефициент на деформация , голям нехистерични нива на щам са най-добри за задвижващ механизъм .
  • Материали с висока електромеханичен коефициент на свързване и висока диелектрична проницаемост са най-добри като преобразуватели .
  • Ниска диелектрична загуба е важно за материали, използвани в извънрезонансна честота приложения, отчитащи ниско производство на топлина.

Въз основа на тези физически, материални, електромеханични свойства можем лесно да различаваме пиезоелектричните материали. Тези свойства ни помагат да изберем най-добрия пиезоелектричен материал за нашето приложение. Кой материал сте използвали за вашето приложение? Какви модификации са необходими за съществуващите материали, за да се преодолеят техните ограничения?