ประเภทของวัสดุไฟฟ้า Piezo - คุณสมบัติและลักษณะ

ด้วยลักษณะที่น่าทึ่งของพวกเขาถึง ผลิตไฟฟ้า จากการสั่นสะเทือนที่ไม่ได้ใช้งานของอุปกรณ์ วัสดุเพียโซอิเล็กทริก กำลังเกิดขึ้นในฐานะผู้เก็บเกี่ยวพลังแห่งการปฏิวัติ เนื่องจากการวิจัยเกี่ยวกับวัสดุเหล่านี้ทำให้ปัจจุบันมีวัสดุเพียโซอิเล็กทริกให้เลือกมากมาย ข้อกำหนดที่แตกต่างกันเป็นลักษณะของวัสดุเหล่านี้ แต่จะเลือกวัสดุอย่างไรให้เหมาะกับความต้องการของเรา? สิ่งที่มองหา? ไฟล์ ชนิดของ เพียโซอิเล็กทริก วัสดุ? ในบทความนี้เราจะพิจารณาวัสดุเพียโซอิเล็กทริกประเภทต่างๆพร้อมกับคุณสมบัติ บทความนี้อธิบายถึงข้อดีพื้นฐาน 5 ประการที่ควรมองหาในขณะที่เลือกวัสดุเพียโซอิเล็กทริกสำหรับผลิตภัณฑ์

ประเภทของวัสดุเพียโซอิเล็กทริก

วัสดุเพียโซอิเล็กทริกประเภทต่างๆมีดังต่อไปนี้

ประเภทของวัสดุเพียโซอิเล็กทริก

1) มีอยู่ตามธรรมชาติ

คริสตัลเหล่านี้เป็นไดอิเล็กทริกแบบแอนไอโซทรอปิกที่มีโครงตาข่ายคริสตัลแบบไม่เป็นศูนย์กลาง วัสดุคริสตัลเช่นควอตซ์, เกลือ Rochelle, Topaz, แร่ในกลุ่ม Tourmaline และสารอินทรีย์บางชนิดเช่นไหมไม้เคลือบฟันกระดูกผมยางเนื้อฟันอยู่ในหมวดหมู่นี้

2). วัสดุสังเคราะห์ที่มนุษย์สร้างขึ้น

วัสดุด้วย คุณสมบัติเฟอร์โรอิเล็กทริก ใช้ในการเตรียมวัสดุเพียโซอิเล็กทริก วัสดุที่มนุษย์สร้างขึ้นแบ่งออกเป็น 5 ประเภทหลัก ๆ ได้แก่ ควอตซ์อะนาล็อกเซรามิกโพลีเมอร์คอมโพสิตและฟิล์มบาง .

• โพลีเมอร์ : โพลีไวนิลิดีนไดฟลูออไรด์, PVDF หรือ PVF2
• คอมโพสิต : Piezocomposites เป็นการอัพเกรดของ เพียโซโพลิเมอร์ . สามารถมีได้สองประเภท:
  Piezo Polymer ซึ่งวัสดุเพียโซอิเล็กทริกถูกแช่อยู่ใน เมทริกซ์แบบพาสซีฟไฟฟ้า .
  Piezo คอมโพสิตที่ทำโดยใช้เซรามิกส์สองตัวอย่าง เส้นใย BaTiO3 ตอกย้ำก เมทริกซ์ PZT .
• เพียโซอิเล็กทริกที่มนุษย์สร้างขึ้นมีโครงสร้างผลึกเป็นเพอรอฟสค์ : แบเรียมไททาเนต, ตะกั่วไททาเนต, ตะกั่วเซอร์โคเนตไททาเนต (PZT), โพแทสเซียมไนโอเบต, ลิเทียมไนโอเบต, ลิเทียมแทนทาเลตและปราศจากสารตะกั่วอื่น ๆ เซรามิก piezoelectric

คุณสมบัติของวัสดุเพียโซอิเล็กทริกที่แตกต่างกัน

คุณสมบัติของวัสดุเพียโซอิเล็กทริกที่แตกต่างกันมีดังต่อไปนี้

ควอตซ์

• ควอตซ์เป็นวัสดุเพียโซอิเล็กทริกคริสตัลเดี่ยวที่ได้รับความนิยมมากที่สุด วัสดุคริสตัลเดี่ยวมีคุณสมบัติของวัสดุที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับการตัดและทิศทางของการแพร่กระจายคลื่นจำนวนมาก ควอตซ์ ออสซิลเลเตอร์ ทำงานในโหมดเฉือนความหนาของ AT-cut ใช้ในคอมพิวเตอร์ทีวีและเครื่องเล่นวิดีโอ
• ใน S.A.W. ใช้อุปกรณ์ ST-cut ควอตซ์ที่มีการแพร่กระจาย X ควอตซ์มีปัจจัยคุณภาพเชิงกลสูงมาก ตร.ม. > 105.

ลิเธียมไนโอเบตและลิเธียมแทนทาเลต

• วัสดุเหล่านี้ประกอบด้วยออกซิเจนแปดหน้า
• อุณหภูมิคูรีของวัสดุเหล่านี้คือ 1210 และ 6600c ตามลำดับ
• วัสดุเหล่านี้มีค่าสัมประสิทธิ์การมีเพศสัมพันธ์ทางไฟฟ้าสูงสำหรับคลื่นเสียงพื้นผิว

แบเรียมไททาเนต

• วัสดุเหล่านี้ด้วย สารเจือปน เช่น Pb หรือ Ca ไอออนสามารถทำให้ เฟส tetragonal ในช่วงอุณหภูมิที่กว้างขึ้น
• เริ่มต้นใช้สำหรับ Langevin - ประเภทเครื่องสั่น piezoelectric

จ

• การเติม PZT ด้วยไอออนของผู้บริจาคเช่น Nb5 + หรือ Tr5 + ให้ PZT ที่นุ่มนวลเช่น PZT-5
• การเติม PZT ด้วยอิออนตัวรับเช่น Fe3 + หรือ Sc3 + ให้ PZT ที่แข็งเช่น PZT-8

ตะกั่วไททาเนตเซรามิก

• สิ่งเหล่านี้สามารถสร้างภาพอัลตราโซนิกที่ชัดเจนเนื่องจากมีการเชื่อมต่อแบบระนาบที่ต่ำมาก
• ล่าสุดสำหรับอัลตราโซนิก ทรานสดิวเซอร์ และแอคชูเอเตอร์ไฟฟ้าเดี่ยวคริสตัลรีแล็กซ์หรือเฟอร์โรอิเล็กทริคที่มีขอบเขตเฟส morphotropic (MPB) กำลังได้รับการพัฒนา

โพลีเมอร์ Piezoelectric

พอลิเมอร์เพียโซอิเล็กทริกมีลักษณะทั่วไปบางประการเช่น

• ค่าคงที่เพียโซอิเล็กทริกขนาดเล็กซึ่งทำให้เป็นตัวเลือกที่ดีสำหรับแอคชูเอเตอร์
• ค่าคงที่ g ขนาดใหญ่ซึ่งทำให้เป็นตัวเลือกที่ดี เป็นเซ็นเซอร์ .
• วัสดุเหล่านี้มีอิมพีแดนซ์อะคูสติกที่เข้ากันได้ดีกับน้ำหรือร่างกายมนุษย์เนื่องจากมีน้ำหนักเบาและมีความยืดหยุ่นอ่อนนุ่ม
• แบนด์วิดท์เรโซแนนซ์ที่กว้างเนื่องจาก QM ต่ำ
• วัสดุเหล่านี้เป็นที่เลือกใช้อย่างมาก ไมโครโฟนทิศทาง และ ไฮโดรโฟนอัลตราโซนิก

คอมโพสิต Piezoelectric

• คอมโพสิต Piezoelectric ประกอบด้วยเซรามิกเพีโซอิเล็กทริกและเฟสโพลีเมอร์เป็นวัสดุเพียโซอิเล็กทริกที่ดีเยี่ยม
• ปัจจัยการมีเพศสัมพันธ์สูง อิมพีแดนซ์อะคูสติกต่ำ ความยืดหยุ่นเชิงกลบ่งบอกลักษณะของวัสดุเหล่านี้
• วัสดุเหล่านี้ใช้โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับโซนาร์ใต้น้ำและการใช้งานตัวแปลงสัญญาณอัลตราโซนิกเพื่อการวินิจฉัยทางการแพทย์

ฟิล์มบาง ๆ

สำหรับอุปกรณ์คลื่นเสียงอะคูสติกและพื้นผิวจำนวนมากฟิล์มบางของ ZnO มีการใช้กันอย่างแพร่หลายเนื่องจากมีการมีเพศสัมพันธ์แบบเพียโซอิเล็กทริกขนาดใหญ่

วัสดุ Piezoelectric ที่ดีที่สุดคืออะไร?

วัสดุเพียโซอิเล็กทริกถูกเลือกตามความต้องการของการใช้งานของเรา วัสดุที่สามารถตอบสนองความต้องการของเราได้อย่างง่ายดายถือได้ว่าดีที่สุด มีปัจจัยบางประการที่ต้องพิจารณาในการเลือกวัสดุเพียโซอิเล็กทริก

ข้อดีที่สำคัญ 5 ประการของเพียโซอิเล็กทริกคือ

1. ปัจจัยการมีเพศสัมพันธ์ไฟฟ้า k

k2 = (พลังงานกลที่เก็บไว้ / ป้อนพลังงานไฟฟ้า) หรือ
k2 = (พลังงานไฟฟ้าที่เก็บไว้ / ป้อนพลังงานกล)

2. ค่าคงที่ของความเครียดเพียโซอิเล็กทริกง

อธิบายความสัมพันธ์ของขนาดของความเครียดเหนี่ยวนำ x กับสนามไฟฟ้า คือ เช่น x = ง.

3. แรงดันไฟฟ้าเพียโซอิเล็กทริกคงที่ g

ก กำหนดความสัมพันธ์ระหว่างความเค้นภายนอก X และสนามไฟฟ้าเหนี่ยวนำ E เป็น E = g.X.
การใช้ความสัมพันธ์ P = d.X. เราสามารถระบุได้ ก = d / ε0.ε ที่ไหน ε = การอนุญาต

4. ปัจจัยคุณภาพเชิงกล QM

พารามิเตอร์นี้แสดงลักษณะความคมของไฟล์ ระบบเรโซแนนซ์ไฟฟ้า

QM = ω0 / 2 ω

5. ความต้านทานเสียง Z

พารามิเตอร์นี้ประเมินการถ่ายเทพลังงานอะคูสติกระหว่างวัสดุสองชนิด สิ่งนี้ถูกกำหนดให้เป็น

Z2 = (ความเร็วความดัน / ปริมาตร)

ในวัสดุแข็ง Z = √ρ.√ϲ โดยที่ρคือความหนาแน่นและ ϲ คือ ความแข็งยืดหยุ่น ของวัสดุ

ตารางลักษณะเพียโซอิเล็กทริก

• โพลีเมอร์มีค่าคงที่เพียโซอิเล็กทริกต่ำเมื่อเทียบกับเซรามิกส์
• การเปลี่ยนแปลงรูปร่างของวัสดุที่ทำจากเซรามิกมีมากกว่าวัสดุที่ใช้โพลีเมอร์เมื่อใช้แรงดันไฟฟ้าเท่ากัน
• ค่าสัมประสิทธิ์แรงดันไฟฟ้าเพียโซอิเล็กทริกของ PVDF ทำให้เป็นวัสดุที่ดีกว่าสำหรับ การใช้งานเซ็นเซอร์ .
• เนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์การมีเพศสัมพันธ์ทางกลไฟฟ้าที่ใหญ่กว่า จ ใช้ในแอปพลิเคชันที่ต้องเปลี่ยนความเค้นเชิงกลเป็นพลังงานไฟฟ้า
• สามพารามิเตอร์ที่ต้องพิจารณาในการเลือก วัสดุเพียโซอิเล็กทริก สำหรับการใช้งานที่ทำงานภายใต้การสั่นพ้องทางกลคือ ปัจจัยคุณภาพเชิงกล , ปัจจัยการมีเพศสัมพันธ์ไฟฟ้า และ ค่าคงที่อิเล็กทริก . ขนาดของพารามิเตอร์เหล่านี้สูงขึ้นดีที่สุดคือวัสดุสำหรับการใช้งาน
• วัสดุที่มีขนาดใหญ่ ค่าสัมประสิทธิ์ความเครียดของเพียโซอิเล็กทริก , ใหญ่ ระดับความเครียดที่ไม่เป็นมดลูก ดีที่สุดสำหรับ แอคชูเอเตอร์ .
• วัสดุที่มีความสูง ปัจจัยการมีเพศสัมพันธ์ไฟฟ้า และ การอนุญาตเป็นฉนวนสูง ดีที่สุดคือ ทรานสดิวเซอร์ .
• การสูญเสียอิเล็กทริกต่ำ เป็นสิ่งสำคัญสำหรับวัสดุที่ใช้ ความถี่นอกเรโซแนนซ์ การใช้งานบัญชีสำหรับการสร้างความร้อนต่ำ

ขึ้นอยู่กับทางกายภาพวัสดุเหล่านี้ คุณสมบัติทางไฟฟ้า เราสามารถแยกแยะระหว่างวัสดุเพียโซอิเล็กทริกได้อย่างง่ายดาย คุณสมบัติเหล่านี้ช่วยให้เราสามารถเลือกวัสดุเพียโซอิเล็กทริกที่ดีที่สุดสำหรับการใช้งานของเรา คุณใช้วัสดุใดในการสมัครของคุณ ต้องมีการปรับเปลี่ยนอะไรบ้างสำหรับวัสดุที่มีอยู่เพื่อเอาชนะข้อ จำกัด