Principe de l'effet piézoélectrique et son application de céramiques piézores

Lorsque certains diélectriques sont déformés par une force externe dans une certaine direction, la polarisation se produit à l'intérieur, et des charges opposées positives et négatives apparaissent sur les deux surfaces opposées de celles-ci. Lorsque la force externe est supprimée, elle reviendra à l'état non chargé. Ce phénomène est appelé l'effet piézoélectrique positif. Lorsque la direction de la force change, la polarité de la charge change. Au contraire, lorsqu'un champ électrique est appliqué dans la direction de polarisation du diélectrique, ces diélectriques sont également déformés et la déformation du diélectrique disparaît après le retrait du champ électrique. Ce phénomène est appelé effet piézoélectrique inverse ou électrostriction. La céramique piézoélectrique est en fait une céramique ferroélectrique polarisée à effet piézoélectrique. Il s'agit d'un nouveau matériel d'information. La céramique piézoélectrique est une sorte de céramique fonctionnelle.

Premièrement, le principe de l'effet piézoélectrique:
Le principe de l'effet piézoélectriquePZT PIEZO Céramiqueest que si une pression est appliquée au matériau piézoélectrique, elle génère une différence de potentiel (appelée effet piézoélectrique positif), et vice versa, une contrainte mécanique (appelée effet piézoélectrique inverse) est généré. Si la pression est une vibration à haute fréquence, alors un courant de fréquence élevée est généré. Lorsqu'un signal électrique à haute fréquence est appliqué à une céramique piézoélectrique, un signal acoustique à haute fréquence (vibration mécanique) est généré, ce que nous appelons habituellement un signal ultrasonique. C'est-à-dire que les céramiques piézoélectriques ont la fonction de conversion et de conversion inverse entre l'énergie mécanique et l'énergie électrique, et cette relation mutuelle est en effet très intéressante. Cet effet de couplage mécanique-électrique inhérent rend les matériaux piézoélectriques largement utilisés dans l'ingénierie. Par exemple, des matériaux piézoélectriques ont été utilisés pour fabriquer des structures intelligentes. En plus des capacités d'auto-support, de telles structures ont des fonctions telles que l'autodiagnostic, l'auto-adaptation et l'auto-guérison, et ils jouent un rôle important dans la conception des avions futurs.

2. Matériau piézoélectrique
L'effet piézoélectrique des matériaux piézoélectriquescapteur de disque piézoest dû à la disposition spéciale des atomes dans le réseau cristallin, ce qui fait que le matériau a pour effet de coupler le champ de contrainte et le champ électrique. Selon le type de matériau, les matériaux piézoélectriques peuvent être classés en monocristaux piézoélectriques, en polycristaux piézoélectriques (céramique piézoélectrique), en polymères piézoélectriques et en matériaux composites piézoélectriques. Selon la forme de matériau spécifique, il peut être divisé en deux types: le matériau piézoélectrique et le film piézoélectrique.

3. monocristallé piézoélectrique
Les monocristaux piézoélectriques sont principalement des transistors en fer. Le quartz, le sulfure de cadmium, l'oxyde de zinc, le nitrure d'aluminium et d'autres cristaux. Ces cristaux ferroélectriques comprennent un transistor à l'oxygène ayant un octaèdre d'oxygène, comme le cristal de titanate de baryum, le lithium niobate ayant une structure de niobate de lithium, du ruthénate de bismuth et du cristal ruthénate de strontium ayant une structure de bronze de tungsten. Un transistor ferroélectrique contient une liaison hydrogène, comme le dihydrogène de potassium, le phosphate d'ammonium dihydrogène et le conduit des cristaux d'hydrogène phosphate (et de plomb du strontium). Un cristal de barium titanate ou similaires ayant une structure en couches. À l'heure actuelle, le transistor de quartz non ferroélectrique le plus largement utilisé, le transistor de pression typique de fer au lithium niobate et le ruthénate de bismuth.

4. polymère piézoélectrique
Dès 1940, l'Union soviétique a découvert que le bois était de la céramique piézoélectrique. La piezoélectricité a été trouvée dans des tissus tels que la ramie, le bambou en soie, les os d'animaux, la peau et les vaisseaux sanguins. En 1960, la piézoélectricité des polymères synthétiques a été découverte. En 1969, il a été constaté que le fluorure de polyvinylidène après électrodéposition a une forte piézoélectricité. Les matériaux ayant de fortes propriétés piézoélectriques comprennent le PVDF et ses copolymères, le fluorure de polyvinyle, le chlorure de polyvinyle, le poly-γ-méthyl-L-glutamate et le nylon-11.

5. Matériaux composites piézoélectriques
Les composites piézoélectriques sont des matériaux piézoélectriques qui sont composés de deux matériaux ou plus. Les composites piézoélectriques communs sont des composites biphasiques de céramique piézoélectrique et de polymères tels que l'époxy réactif du fluorure de polyvinylidène. Ce matériau composite combine les forces de la céramique et des polymères piézoélectriques, a une excellente flexibilité et des propriétés de traitement, et a une faible densité et est facile à faire correspondre l'impédance acoustique avec l'air, l'eau et les tissus biologiques. De plus, les composites piézoélectriques ont également une constante piézoélectrique élevée. Les composites piézoélectriques ont un large éventail d'applications dans les champs de médical, de détection et de mesure.

Application de l'effet piézoélectrique des céramiques piézores

1. Caractéristiques de fabrication
La céramique piézoélectrique se caractérise par un traitement de polarisation de la céramique ferroélectrique sous un champ électrique à courant direct pour avoir un effet piézoélectrique. Généralement, le champ électrique de polarisation est de 3 à 5 kV / mm, la température est de 100 à 150 ° C et le temps est de 5 à 20 min. Ces trois sont les principaux facteurs affectant l'effet de polarisation. La céramique piézoélectrique avec de meilleures performances, telles que la céramique de titanate de zirconate de plomb, a un coefficient de couplage électromécanique jusqu'à 0,313 à 0,694.

Les céramiques piézoélectriques sont principalement utilisées dans la fabrication de transducteurs ultrasoniques, de transducteurs hydroacoustiques, de transducteurs électroacoustiques, de filtres en céramique, de transformateurs en céramique, de discriminateurs en céramique, de générateurs à haute tension, de détecteurs infrarouges, de dispositifs de surface acoustique, de dispositifs électro-optiques, d'igniter et de pilezoélectrices.

2. Propriétés en céramique
La céramique piézoélectrique a des caractéristiques sensibles et peut convertir les vibrations mécaniques extrêmement faibles en signaux électriques, qui peuvent être utilisés dans les systèmes de sonar, la détection des intempéries, la protection de l'environnement de la télémétrie, les appareils électroménagers, etc. profondeurs de la croûte terrestre. C'était difficile à prévoir auparavant et les humains étaient pris dans une situation embarrassante. La sensibilité de la céramique piézoélectrique à la force externe permet de sentir la perturbation de l'air par les insectes volants battant les ailes de plus de dix mètres. Il peut être utilisé pour faire du sismographe piézoélectrique, qui peut mesurer avec précision l'intensité du tremblement de terre et indiquer la direction et la distance du tremblement de terre. Cela ne peut pas être une grande réussite de la céramique piézoélectrique. La céramique piézoélectrique produit une petite quantité de déformation sous l'action d'un champ électrique, jusqu'à une fraction d'un millionième de sa propre taille. Ne sous-estimez pas ce petit changement, le mécanisme de contrôle précis basé sur ce principe - actionneur piezoélectrique, pour l'instrumentation de précision et le contrôle mécanique, la microélectronique, la bio-ingénierie et d'autres champs sont une grande aubaine. Les dispositifs de contrôle de fréquence tels que les résonateurs et les filtres sont les appareils clés qui déterminent les performances des dispositifs de communication. La céramique piézoélectrique a des avantages évidents à cet égard. Il a une bonne stabilité de fréquence, une grande précision et une large gamme de fréquences, et est de petite taille, non hygroscopique et longue dans la vie. Surtout dans l'équipement de communication multicanal, il peut améliorer la capacité anti-interférence, afin que l'équipement électromagnétique précédent ne puisse pas être regardé en arrière.

3. Application
La céramique piézoélectrique est de nouveaux matériaux électroniques fonctionnels avec une intelligence élevée. Avec la recherche continue et l'amélioration des matériaux et des processus, l'application de la céramique piézoélectrique devient de plus en plus étendue. En tant que machine, électricité, sons, lumière et matériaux sensibles à la chaleur, matériaux piézoélectriquesTransducteur du disque en céramique piézoa été largement utilisé dans les capteurs, les transducteurs, les tests non destructeurs et les technologies de communication. Les polycristaux sont formés par une réaction de phase solide dans divers pays du monde. Et le nom général de la céramique ferroélectrique avec effet piézoélectrique par traitement de polarisation à haute tension DC est une sorte de recherche et développement qui peut accueillir une grande importance à l'énergie mécanique aux matériaux en céramique piézoélectrique. Avec le développement de la haute technologie, l'application de la céramique piézoélectrique deviendra de plus en plus large. En plus d'être utilisé dans des champs de haute technologie, il s'agit davantage de servir les gens dans la vie quotidienne et de créer une vie meilleure pour les gens.

Cinq applications courantes de la céramique piézoélectrique dans notre vie quotidienne:
1: Application d'un effet piézoélectrique positif
2: Buzzer en céramique piézoélectrique | Conférencier
3: Camiquette en céramique piézoélectrique
4: Transformateur piézoélectrique
5: allumage en céramique piézoélectrique
On peut dire que bien que la céramique piézoélectrique soit un nouveau matériel, elle est assez civile. Il est utilisé en haute technologie, mais c'est plus dans la vie de créer une vie meilleure pour les gens.