Са својим невероватним карактеристикама да производе електричну енергију од неискоришћених вибрација уређаја, пиезоелектрични материјали појављују се као револуционарни комбајни. Захваљујући истраживању ових материјала, данас постоји велики избор пиезоелектричних материјала. Различите спецификације карактеришу ове материјале. Али, како одабрати материјал за наш захтев? Шта тражити? Шта су врсте пиезоелектрични материјали? У овом чланку ћемо размотрити различите врсте пиезоелектричних материјала заједно са њиховим својствима. Чланак описује пет основних заслуга које треба тражити приликом одабира пиезоелектричног материјала за производ.

Врсте пиезоелектричних материјала

Различите врсте пиезоелектричних материјала укључују следеће.

Врсте пиезоелектричних материјала

1) .Природно постојеће

Ови кристали су анизотропни диелектричари са нецентросиметричном кристалном решетком. Кристални материјали попут кварца, соли Рошел, топаза, минерала из групе турмалина и неких органских супстанци као што су свила, дрво, глеђ, кости, коса, гума, дентин спадају у ову категорију.

2). Вештачки синтетички материјали

Материјали са фероелектрична својства користе се за припрему пиезоелектричних материјала. Вештачки материјали су груписани у пет главних категорија - Кварцни аналози, керамика, полимери, композити и танки филмови .

Полимери : Поливинилиден дифлуорид, ПВДФ или ПВФ2.
Композити : Пиезокомпозити су надоградња на пиезополимери . Могу бити две врсте:
Пиезо полимер у коме је пиезоелектрични материјал уроњен у електрично пасивна матрица .
Пиезо композити који су направљени на два различита примера керамике БаТиО3 влакна ојачавање а ПЗТ матрица .
Вештачки пиезоелектрик са кристалном структуром као перовскит : Баријум титанат, оловни титанат, оловни цирконат титанат (ПЗТ), калијум ниобат, литијум ниобат, литијум танталат и други без олова пиезоелектрична керамика.

Особине различитих пиезоелектричних материјала

Особине различитих пиезоелектричних материјала укључују следеће.

Кварц

Кварц је најпопуларнији монокристални пиезоелектрични материјал. Монокристални материјали показују различита својства материјала у зависности од реза и смера ширења таласа. Кварц осцилатор који се користе у режиму смицања дебљине АТ-реза, користе се у рачунарима, телевизорима и видеорекордерима.
У С.А.В. уређаји користи се СТ-цут кварц са Кс-простирањем. Кварц има изузетно висок механички фактор квалитета СКМ> 105.

Литијум-ниобат и литијум-танталат

Ови материјали су састављени од октаедра кисеоника.
Температура курира ових материјала је 1210 и 6600ц редом.
Ови материјали имају висок електромеханички коефицијент спрезања за површински акустични талас.

Баријум титанат

Ови материјали са допанти као што су јони Пб или Ца могу стабилизовати тетрагонална фаза у ширем температурном опсегу.
Они се у почетку користе за Лангевин пиезоелектрични вибратори типа.

Мон

Допинг ПЗТ са донорним јонима као што је Нб5 + или Тр5 + даје меке ПЗТ-ове попут ПЗТ-5.
Допинг ПЗТ акцепторским јонима као што су Фе3 + или Сц3 + обезбеђује тврде ПЗТ попут ПЗТ-8.

Керамика од оловног титаната

Они могу произвести јасно ултразвучно сликање због изузетно ниског равног спајања.
Недавно, за ултразвук претварачи и развијају се електромеханички актуатори монокристални релаксни фероелектричари са границом морфотропне фазе (МПБ).

Пиезоелектрични полимери

Пиезоелектрични полимери имају одређене заједничке карактеристике као

Мала пиезоелектрична д константа што их чини добрим избором за погон.
Велика г константа што их чини добрим избором као сензори .
Ови материјали имају добру звучну импедансу која се подудара са водом или људским телом због мале тежине и меке еластичности.
Широка резонантна ширина опсега због ниског КМ-а.
Ови материјали су високо опредељени за усмерени микрофони и ултразвучни хидрофони.

Пиезоелектрични композити

“шта је иму сензор ”

Пиезоелектрични композити састављени од пиезоелектричне керамике и полимерних фаза чине изврсне пиезоелектричне материјале
Висок фактор спајања, мала акустичка импеданса , механичка флексибилност карактерише ове материјале.
Ови материјали се посебно користе за примену подводних сонара и медицинских дијагностичких ултразвучних претварача.

Танки филмови

За велике акустичне и површинске акустичне таласне уређаје танки филмови од ЗнО су широко коришћени због велике пиезоелектричне спреге.

Који је најбољи пиезоелектрични материјал?

Пиезоелектрични материјали су изабрани на основу захтева наших примена. Материјал који би могао лако испунити наше захтеве може се сматрати најбољим. При одабиру пиезоелектричних материјала треба узети у обзир неколико фактора.

Пет важних заслуга пиезоелектрике су

1. Електромеханички фактор спрезања к

к2 = (ускладиштена механичка енергија / улазна електрична енергија) или
к2 = (ускладиштена електрична енергија / улазна механичка енергија)

2. Пиезоелектрична константа деформације д

Описује однос величине индуковане деформације к према електричном пољу ИС као к = д.Е.

3. Пиезоелектрична константа напона г

г дефинише однос између спољног напона Кс и индукованог електричног поља Е као Е = г.Кс.
Користећи релацију П = д.Кс. можемо констатовати г = д / ε0 .ε. где ε = пермитивност.

4. Механички фактор квалитета КМ

Овај параметар карактерише оштрину електромеханички резонантни систем.

КМ = ω0 / 2 ω.

5. Акустична импеданса З

Овај параметар процењује пренос звучне енергије између два материјала. Ово је дефинисано као

З2 = (притисак / запреминска брзина).

У чврстим материјалима З = √ϲρ.√ϲ где је ρ густина а ϲ је еластична крутост материјала.

Табела пиезоелектричних карактеристика

Карактеристике	Симбол	ЈЕДИНИЦА	БаТиО₃	Мон	ПВДФ
Густина	-	10³кг / м³ “електрично избрисива програмабилна меморија само за читање ”	5.7	7.5	1.78
Релативна пермититивност	ЕУ₀	-	1700	1200	12
Пиезоелецтриц	д31	10^-12Ц / Н	78	110	2. 3
Стално	г31	10^-3Вм / Н	5	10	216
Константа напона	до₃₁	на 1кХз	двадесет један	30	12

Полимери имају малу пиезоелектричну константу у поређењу са керамиком.
Промена облика материјала на бази керамике више је него промене материјала на бази полимера када се примени иста количина напона.
Пиезоелектрични коефицијент напона од ПВДФ чини је бољи материјал за апликације сензора .
Због већег коефицијента електромеханичког спајања, Мон се користи у апликацији где механичко напрезање треба претворити у електричну енергију.
Три параметра која треба узети у обзир за одабир пиезоелектрични материјали за апликације које раде под механичком резонанцом су механички фактор квалитета , електромеханички фактор спреге , и диелектрична константа . Већа величина ових параметара је материјал за примену.
Материјали са великим пиезоелектрични коефицијент деформације , велика нехистеретички нивои соја су најбоље за актуатор .
Материјали са високим електромеханички фактор спреге и висока диелектрична пермитивност су најбоље као претварачи .
Мали диелектрични губици је важан за материјале који се користе у фреквенција ван резонанце апликације које обрачунавају ниску производњу топлоте.

На основу ових физичких, материјалних, електромеханичка својства лако можемо разликовати пиезоелектричне материјале. Ова својства помажу нам да изаберемо најбољи пиезоелектрични материјал за нашу примену. Који сте материјал користили за пријаву? Које модификације су потребне да би постојећи материјали превазишли своја ограничења?