sou 2024/07/26 643

Eksplore materyèl piezoelectric: kalite, pwopriyete, ak enpak teknolojik

Pandan ane yo, pwogrè nan syans materyèl yo te kreye diferan materyèl piezoelectric tankou kristal sèl, seramik, ak fim mens.Atik sa a pran yon gade fèmen nan materyèl piezoelectric ki gen ladan pwopriyete yo, kalite, ki jan yo travay, ak itilizasyon yo.Li mete aksan sou enpòtans yo nan ki lye ak jeni mekanik ak elektrik, kondwi inovasyon nan anpil zòn.

Katalòg

Figi 1: materyèl piezoelectric

Ki sa ki piezo?

Mo "piezo a" soti nan mo grèk la "piezein," vle di "peze" oswa "presyon."Sa a adapte byen ak sèvi ak li yo nan syans pou piezoelectricity.Nan 1880, fizisyen franse Jacques ak Pierre Curie dekouvri piezoelectricity.Yo te jwenn ke lè sèten kristal tankou tourmalin, kwatz, topaz, ak sèl Rochelle, yo te bourade, yo te pwodwi yon chaj elektrik.Yo menm tou yo te wè ke kristal sa yo te kapab chanje fòm lè yo te yon kouran elektrik aplike ki montre ke pwosesis la ta ka travay tou de fason.

Dekouvèt sa a te mennen nan kreyasyon plizyè aparèy piezoelectric.Pandan Premye Gè Mondyal la, yo te itilize piezoelectricity sitou nan detektè soumarin ultrasons.Jodi a, materyèl piezoelectric yo te itilize nan anpil bagay.Yo jwenn yo nan atik chak jou tankou brikè sigarèt elektrik ak enprimant ankr, osi byen ke nan teknoloji avanse tankou D 'ultrason medikal ak kontwòl mouvman presizyon nan robotic.

Kalite materyèl piezoelectric

Figi 2: Egzanp materyèl piezoelectric

Materyèl sèl kristal piezoelectric

Materyèl sèl kristal piezoelectric yo karakterize pa kontinyèl yo ak inifòm kristal lasi, gratis nan limit grenn jaden.Estrikti inifòm sa a souvan mennen nan pi bon efikasite elèktromekanik kouti konpare ak lòt materyèl piezoelectric.Men kèk egzanp sou materyèl sa yo gen ladan kwatz ak langasit.Sa yo kristal sèl yo pwodwi lè l sèvi avèk metòd kwasans egzak tankou pwosesis la Czochralski oswa sentèz idrotèrmik.Pèfòmans eksepsyonèl yo fè yo pafè pou aplikasyon pou egzak tankou avanse sistèm D 'medikal, resonatè telekominikasyon ak filtè, ak siveyans Vibration nan avyon.

Figi 3: Materyèl kwatz kristal piezo

Materyèl seramik piezoelectric

Seramik piezoelectric yo te fè soti nan perovskite-estriktire materyèl tankou plon zirkonat titanat (PZT).Materyèl sa yo se polikristalin epi yo kreye pa sibstans ki sou an poud.Pwopriyete piezoelectric yo devlope nan yon pwosesis poling ak aliyen dipol yo elektrik pa aplike yon jaden elektrik ekstèn.Seramik sa yo ka fasilman fòme nan divès fòm ak gwosè.Durability yo ak pri-efikasite fè yo popilè pou itilize nan actionneurs, detèktè, ultrasons transducers, ak konsomatè elektwonik buzzers.

Figi 4: Estrikti nan kalite PZT piezoelectric seramik

Materyèl mens piezoelectric

Fim mens piezoelectrics yo te fè pa depoze kouch ki varye soti nan yon nanomètr kèk nan mikwomèt plizyè nan epesè lè l sèvi avèk teknik fabwikasyon avanse tankou sputtering, depo vapè chimik oswa depozisyon lazè enpulsyonèl.Materyèl komen yo itilize nan fim mens gen ladan PZT, oksid zenk (ZnO), ak aliminyòm nitrid (ALN).Mens nan fim sa yo pèmèt yo dwe entegre nan sistèm microelectromechanical (MEMS) ak nanoelectromechanical sistèm (NEMS), amelyore fonctionnalités yo nan aparèy kontra enfòmèl ant tankou mikro, mikroswitch ak avanse Capteur.Konpatibilite yo ak pwosesis semi -conducteurs estanda ak évolutivité fè yo apwopriye pou sikwi entegre ak elektwonik fleksib.

Figi 5: Aln piezoelectric fim mens

Figi 6: Eleman Piezo esansyèl

Chwazi ant mens-fim ak esansyèl materyèl piezoelectric depann sou bezwen espesifik aplikasyon an pou presizyon, pouvwa ak rezistans.Materyèl mens-fim piezo yo adapte nan ti-echèl teknoloji.Nan contrast, esansyèl materyèl piezo yo pi pito nan plis mande, pi gwo-echèl aplikasyon pou.Tablo ki anba a konpare materyèl piezo mens-fim ak materyèl esansyèl piezo ki baze sou epesè yo, teknik fabrikasyon, karakteristik kle yo ak aplikasyon yo.

Kategori	Mens-fim materyèl piezo	Materyèl Piezo esansyèl
Epesè	Yon kèk nanomètr nan plizyè mikrometri	Plizyè milimèt santimèt
Teknik Faktori	Sputtering, enpilsyon lazè depozisyon, Depo Vapè Chimik	Peze, extrusion, D '
Karakteristik	Segondè-frekans repons: repons rapid kòm	Segondè jenerasyon pouvwa: pwodui pouvwa anba estrès mekanik
	Fleksibilite: aplikab a fleksib sifas	Durability: fò ak dirab, apwopriye Pou charj lou ak kondisyon piman bouk
	Presizyon: kontwòl egzak sou yon Nivo mikwoskopik	Adaptabilite: fasil ki gen fòm ak gwosè pou Bezwen espesifik
Aplikasyon	Microelectronics ak MEMS: Akseleromètr, jiroskop, tèt enprimant ankr	Enèji rekòlte: konvèti mekanik estrès soti nan vibrasyon nan enèji elektrik
	Aparèy medikal: ultrason transducers pou D 'ak terapi	Actionneurs ak detèktè: gwo actionneurs nan Endistri otomobil ak avyon, detèktè wo-chaj
	Telekominikasyon: filtè ak Rezonatè nan telefòn mobil ak aparèy kominikasyon	Sonar ak aparèy ultrasons: sona Sistèm pou itilize naval, endistriyèl netwayaj ultrasons

Mens-fim PZT ak metòd depozisyon

Film-fim plon zirkonat titanat (PZT) materyèl yo te itilize nan detèktè, actionneurs, ak sistèm microelectromechanical (MEMS) paske yo te gwo pwopriyete piezoelectric yo.Konpozisyon an ak efikasite nan PZT fim mens depann yon anpil sou metòd depozisyon yo ki ka afekte estrikti yo, oryantasyon, ak pèfòmans piezoelectric.Twa teknik yo depozisyon prensipal: sol-jèl, sputtering, ak metal depo òganik vapè chimik (MOCVD).

Figi 7: fleksib mens-fim PZT

Pwosesis sol-jèl

Pwosesis sol-jèl la se yon fason pri-efikas nan depo PZT fim mens ak pèmèt kontwòl sou konpozisyon fim nan nivo molekilè.Teknik sa a kòmanse ak prepare yon solisyon koloidal (SOL) ki vin nan yon jèl.Etap enpòtan yo enkli idrolize ak polimerize alkoksid metal.Se jèl la ki kapab lakòz aplike nan yon substra lè l sèvi avèk kouch vire oswa plonje-kouch, ki te swiv pa tretman chalè yo retire konpozan òganik ak kristalize faz la PZT.

Figi 8: Sol-jèl pwosesis pou PZT fim mens

Avantaj

• Pèmèt kontwòl amann sou stoichiometry, amelyore pwopriyete piezoelectric

• Sèvi ak tanperati ki pi ba yo konpare ak lòt metòd

Defi

• Li difisil pou jwenn epesè ki konsistan ak konpozisyon atravè gwo zòn

• Segondè kontraksyon pandan siye ak tire souvan lakòz fant

Shuttering

Sputtering se yon teknik depo vapè fizik (PVD) kote-wo enèji patikil frape materyèl nan yon sib Lè sa a, depo sou yon substra.Pou fim PZT, RF Magnetron sputtering yo itilize ki enplike yon plasma nan iyon Agon frape sib la PZT.

Figi 9: Metòd depozisyon sputter nan depozisyon mens-fim

Avantaj

• pwodui fim ak bon adezyon ak dansite

• Apwopriye pou kouch gwo substrats egzakteman menm jan

Defi

• Estrès ka bati nan fim sa yo ki afekte pwopriyete yo

• Konpozisyon sib la ka chanje pandan sputtering akòz pwodiksyon an sputtering diferans

Metal Depozisyon Chimik Vapè Chimik (MOCVD)

MOCVD enplike nan dekonpoze metal-òganik precursors nan yon faz vapè ak reyaji oswa dekonpoze sou yon substrate chofe yo fòme yon fim mens.Metòd sa a pi pito pou pwodwi wo-pite, ki byen kristalize fim apwopriye pou aplikasyon pou elektwonik.

Avantaj

• Ofri ekselan inifòmite fim ak konfòmite menm sou konplèks ki gen fòm substrats

• Bon pou pwodiksyon wo-volim

Defi

• Mande pou pi wo tanperati pase lòt metòd

• Manyen ak depo nan precursor metal-òganik ka danjere

Figi 10: metal depo òganik vapè depo

Ki jan materyèl aji anba estrès

Konpòtman anba konpresyon

Lè materyèl tankou kwatz oswa baryòm titanat yo prese, yo chanje nan fason ki enpak itilize yo nan aparèy divès kalite.Materyèl sa yo gen estrikti espesyal ki kreye chaj elektrik yo lè yo bourade.Kòm yo konprese yo, yo retresi ak estrikti entèn yo chanje.

Sa a peze lakòz chaj elektrik yo andedan kristal la yo vin inegalman distribye.Presyon an deplase iyon nan estrikti kristal la, kreye yon jaden elektrik.Sa rive paske sant chaj pozitif ak negatif nan chanjman materyèl la.Kantite lajan an nan repons elektrik depann sou ki kalite kristal, fòs la aplike ak direksyon kristal la relatif nan fòs la.

Pou egzanp, nan detèktè, vòltaj la ki te pwodwi pa kristal yo ka mezire fòs la aplike fè yo pafè pou detekte presyon ak siveyans charj.Nan actionneurs, k ap aplike yon jaden elektrik ka fè fòm nan chanjman kristal, sa ki pèmèt kontwòl egzak nan mouvman nan bagay sa yo tankou aparèy ultrasons ak enjektè gaz machin.

Figi 11: Materyèl piezoelectric travay

Repons piezoelectric a presyon

Lè materyèl piezoelectric fè fas a presyon mekanik, molekil yo realign, ki afekte pwopriyete elektrik yo.Fòs la chanje estrikti molekilè a, aliyen rejyon yo ak direksyon inifòm elektrik, ogmante polarizasyon elektrik.

Aliyman sa a ranfòse separasyon chaj la nan materyèl la, amelyore polarizasyon elektrik li yo.An tèm senp, presyon an fè dipol yo (molekil ak de chaj opoze) plis inifòm, kreye yon pi fò jaden elektrik pou yon fòs bay yo.

Kapasite nan kontwole repons sa a avèk presizyon anba presyon diferan fè materyèl piezoelectric trè itil nan anpil teknoloji.Kapasite yo nan konvèti presyon mekanik nan siyal elektrik ak vis vèrsa pèmèt yo dwe itilize efektivman nan travay tankou génération egzak frekans elektwonik ak vibrasyon siveyans nan anviwònman endistriyèl.

Efè a piezoelectric

Figi 12: efè a piezoelectric

Vire enèji mekanik nan enèji elektrik ak efè a piezoelectric

Efè a piezoelectric chanje enèji mekanik nan enèji elektrik pa defòme sèten materyèl kristal.Materyèl sa yo, ke yo rekonèt kòm piezoelectrics gen ladan sibstans ki sou natirèl tankou kwats ak moun sentetik tankou seramik avanse.

Lè yon materyèl piezoelectric fè fas a estrès mekanik tankou yo te prese, trese, oswa bese, estrikti kristal li yo, pa gen yon simetri santral ak vin detounen.Sa a twoub orè sant sa yo chaj nan kristal la sa ki lakòz polarizasyon ak kreye yon potansyèl elektrik nan sèten pwen nan materyèl la.

Pwen kle nan pwosesis sa a:

Chaj elektrik la pwodwi alimèt kantite lajan an nan estrès mekanik aplike.Sa vle di pwodiksyon elektrik la ka jisteman kontwole ki baze sou fòs la li te ye aplike;

Lè yo retire fòs la, materyèl la retounen nan eta orijinal li yo ak chaj elektrik la ale.Sa a asire durability materyèl la ak fyab bon pou aparèy ki bezwen travay byen repete.

Vire enèji elektrik nan enèji mekanik ak efè a piezoelectric ranvèse

Efè a piezoelectric ranvèse chanje enèji elektrik tounen nan enèji mekanik.Aplike yon vòltaj elektrik nan yon materyèl piezoelectric kreye yon jaden elektrik ki chanje estrikti nan lasi kristal, chanje dimansyon materyèl la.

Sa a se efè yo itilize nan actionneurs presizyon nan enstriman optik ak sistèm mikwo-pozisyon.Efè a piezoelectric ranvèse asire ke ti entrain elektrik rezilta nan egzak, kontwole ajisteman mekanik, ede pwogrè nan robotic, teknoloji otomobil, enstriman medikal, ak telekominikasyon yo.

Kapasite a doub nan efè a piezoelectric yo aji kòm tou de yon mekanik-a-elektrik ak elektrik-a-mekanik sondyè sipòte pwogrè teknolojik.Li konekte domèn yo mekanik ak elektrik, agrandi jeni modèn ak inovasyon.

Figi 13: dirèk ak ranvèse efè piezoelectric

Konpare materyèl ki pa piezoelectric ak piezoelectric

Materyèl ki pa piezoelectric ak piezoelectric yo diferan nan ki jan yo okipe enèji mekanik ak elektrik.Materyèl ki pa piezoelectric tankou asye ak aliminyòm ka fè elektrisite men pa kreye yon chaj elektrik lè ensiste.Materyèl piezoelectric, tankou kwats ak sèten seramik, ka chanje enèji mekanik nan enèji elektrik paske nan estrikti espesyal kristal yo.

Materyèl ki pa piezoelectric gen simetrik kristal lattices, se konsa yo pa pwodwi yon dipol elektrik lè ensiste.Materyèl piezoelectric gen asimetrik kristal lattices, ki pèmèt yo jenere yon chaj elektrik lè anba estrès.Deformation sa a lakòz polarizasyon entèn ak kreye potansyèl elektrik.

Materyèl ki pa piezoelectric konpòte tankou kondiktè regilye oswa izolan ki baze sou mobilite elèktron yo ak estrikti bann yo epi yo pa kreye yon chaj elektrik lè defòme.Materyèl piezoelectric montre de efè: efè a piezoelectric dirèk, kote estrès mekanik jenere yon chaj elektrik, ak efè a envès piezoelectric, kote yon jaden elektrik ki lakòz deformation mekanik.Karakteristik sa yo fè materyèl piezoelectric apwopriye pou itilize nan detèktè ak actionneurs.

Akòz pwopriyete diferan yo, materyèl ki pa piezoelectric ak piezoelectric yo te itilize nan aplikasyon pou diferan.Materyèl ki pa piezoelectric yo te itilize nan konpozan estriktirèl, fil elektrik, ak pati estanda elektwonik kote fòs ak konduktiviti yo enpòtan.Materyèl piezoelectric yo itilize nan jaden ki mande pou kontwòl egzak ak mekanik-elektrik konvèsyon enèji, tankou ekipman ultrason, aparèy pozisyon presizyon, ak divès kalite detèktè ak actionneurs bon pou teknoloji avanse.

Aplikasyon nan piezoelectricity

Konsomatè Elektwonik: Nan smartphones ak lòt aparèy, pati piezoelectric yo te itilize nan moun kap pale ak mikro.Yo vire siyal elektrik nan vibrasyon son oswa vibrasyon son nan siyal elektrik pou opinyon odyo.

Endistri otomobil: Machin modèn itilize detèktè piezoelectric pou plizyè rezon tankou kontwole piki gaz la nan motè ak siveyans presyon kawotchou.

Siveyans anviwònman: detèktè piezoelectric detekte chanjman presyon, vibrasyon, ak son.Yo itilize yo pou tcheke kondisyon anviwònman yo ak asire sekirite a nan bilding ak pon.

Enèji rekòlte: materyèl piezoelectric ka pran enèji nan estrès mekanik.Pou egzanp, planche ki konvèti mak pye nan enèji elektrik ka limyè pouvwa ak elektwonik nan zòn ki okipe yo, ede kreye anviwònman dirab.

High-Voltage brik piezoelectric: Sa yo brikè itilize pou recho gaz ekleraj ak barbecue ak kreye yon vòltaj segondè ki sòti nan yon ti klike mekanik, pwodwi yon etensèl nan limyè brûler la.Sa montre itilizasyon pratik materyèl piezoelectric.

Medikal D ': kristal piezoelectric yo itil nan machin ultrason.Yo pwodwi vag son ki rebondisman nan tisi ak ògàn, kreye imaj pou dyagnostik.

Aktistoryèl Precision nan enstriman syantifik: materyèl piezoelectric nan actionneurs presizyon kreye mouvman ti pou optik ak nanoteknoloji.Sa yo actionneurs ajiste miwa, lantiy, ak lòt pati ki gen presizyon mikwoskopik pou rechèch syantifik ak manifakti semi -conducteurs.

Konklizyon

Etidye materyèl piezoelectric montre yon koneksyon fò ant fizik ak jeni, demontre ki jan pwopriyete natirèl yo ka itilize pou anpil rezon teknolojik.Adaptabilite nan materyèl piezoelectric ki disponib kòm tou de materyèl esansyèl fò ak fim fleksib mens, fè yo apwopriye pou aplikasyon pou divès kalite, tankou rekòlte enèji, siveyans anviwònman, ak devlope teknoloji dirab.Kòm inovasyon ap kontinye, rechèch ak devlopman nan materyèl piezoelectric yo pi enpòtan, amelyorasyon pwomèt nan efikasite, presizyon, ak fonctionnalités pou teknoloji nan lavni.

Kesyon yo poze souvan [FAQ]

1. Ki sa ki lakòz elektrisite yo dwe pwodwi soti nan efè piezoelectric?

Efè a piezoelectric rive lè sèten materyèl pwodwi yon chaj elektrik an repons a estrès mekanik.Materyèl sa yo, yon kristal tankou kwats, seramik tankou titanat baryòm ak kèk Polymers, posede yon estrikti lasi kristal ki se ki pa santrosimetrik, sa vle di li manke yon sant nan simetri.Lè fòs mekanik tankou presyon oswa Vibration aplike, estrikti sa a vin defòme.Sa a distòsyon deplase iyon yo nan lasi a, kreye zòn ki gen chaj pozitif ak negatif.Separasyon espasyal la nan chaj sa yo rezilta nan yon elektrik potansyèl génération elektrisite.Efè sa a se revèsib ak aplike yon jaden elektrik nan materyèl sa yo pral tou pwovoke estrès mekanik.

2. Ki aparèy ki itilize efè piezoelectric la?

Aparèy ki itilize efè a piezoelectric yo varye epi yo enkli tou de ekipman chak jou ak espesyalize.Aplikasyon komen yo se:

Mont kwats: Sèvi ak vibrasyon yo regilye nan kwats anba yon jaden elektrik kenbe tan avèk presizyon.

Aparèy ultrason medikal: génération vag son ki eko andedan kò a yo kreye imaj dyagnostik.

Injecteurs gaz nan machin: Sèvi ak actionneurs piezoelectric kontwole distribisyon an ak kantite lajan nan gaz sou fòm piki nan silenn yo motè.

Detèktè piezoelectric ak akseleromètr: Mezire chanjman nan presyon, akselerasyon, souch, oswa fòs pa konvèti yo nan yon siyal elektrik.

3. Konbyen vòlt se yon piezo?

Pwodiksyon vòltaj la nan yon eleman piezoelectric ka varye anpil depann sou gwosè li yo, materyèl, ak kantite lajan an nan estrès mekanik aplike.Yon ti eleman piezo tankou sa yo ki te jwenn nan brikè oswa aparèy elektwonik ka pwodwi yon spike vòltaj sòti nan yon vòl kèk nan plizyè santèn vòlt.Sepandan, sa yo rezilta yo jeneralman nan kouran ki ba anpil ak dènye sèlman microseconds.

4. Èske yon piezo bezwen yon rezisteur?

Nan anpil aplikasyon, yo itilize yon rezistans ak yon eleman piezoelectric pou limite aktyèl la ak pwoteje lòt konpozan nan kous la soti nan Spike nan vòltaj segondè ki te pwodwi lè se piezo a aktive.Valè a nan rezistans a depann sou kondisyon espesifik sa yo nan kous la ki gen ladan tan an repons vle ak sansiblite.San yon rezisteur, piezo a kapab potansyèlman domaje konpozan elektwonik ki konekte akòz gwo spike vòltaj inisyal la.

5. Kouman se piezoelectric ki gen rapò ak pouvwa imen?

Efè a piezoelectric se dirèkteman aplikab nan exploiter pouvwa moun nan fason inovatè.Li ka konvèti enèji mekanik nan aktivite imen, tankou mache oswa peze bouton, nan enèji elektrik.Se teknoloji sa a eksplore nan aplikasyon pou divès kalite:

Enèji-rekòlte mozayik etaj: sa yo mozayik jenere elektrisite soti nan presyon an nan footfalls nan zòn okipe tankou estasyon tren oswa sant komèsyal yo.

Teknoloji Wearable: Embedding materyèl piezoelectric nan soulye oswa rad yo jenere pouvwa pou aparèy ti nan mouvman kò nòmal.

Enplantasyon medikal: Sèvi ak mouvman kò a aparèy pouvwa tankou pesmekè, diminye oswa elimine bezwen pou pil ekstèn.