Karakteristike piezoelektrične keramike i piezoelektričnog efekta
Keramika koja ima "piezoelektrični efekat" na ultrazvučne transduktore naziva se piezoelektrična keramika. Piezoelektrična keramika se obično formira hemijskim reakcijama između nekoliko oksidujućih spoja ili spoja karbonske kiseline tokom procesa sinteringa. Proces proizvodnje je sličan onom iz obične elektronske keramike.
Piezoelektrična keramika je preferenzivan izbor za pravljenje ultrazvučnih pretprovodnika zbog njihove visoke fizičke snage, hemijske inertnosti i relativno jeftinih troškova proizvodnje. Piezoelektrična keramika se može koristiti za izvođenje predmeta kao što su ultrazvučni pretvornici, keramički kondenzatori, senzori i aktuatori.
Karakteristike piezoelektrične keramike
Piezoelektrična keramika su piezoelektrični materijali koje je napravio čovjek. Piezoelektrični materijali su materijali koji mogu generirati struju zbog mehaničkog stresa. Kada se nanese napon, piezoelektrični materijal se deformiše. Svi piezoelektrični materijali su neprovodljivi kako bi se proizveo piezoelektrični efekat i rad.
Piezoelektrična keramika stvara napon koji odgovara primijenjenom mehaničkom stresu. Obično se koristi kao energetski žetač, gasni upaljač i senzor za otkrivanje pritiska, ubrzanja i ugaone brzine.
Piezoelektrična keramika stvara pomak koji odgovara primijenjenom naponu. Ovo se obično koristi za linearne aktuatorske aplikacije kao što su piezoelektrični ubrizgavači, nano-pozicioniranje i antivibracioni sistemi. U odnosu na elektronske i hidrauličke aktuatore, piezoelektrična keramika ima prednosti brzog odziva, visokog pritiska i precizne operativne rezonance.
Piezoelektrična keramika ima prirodne vibracije u pogledu oblika i veličine. Kada se nanese električno polje sa određenom frekvencijom (zvanom rezonantna frekvencija) piezoelektrična keramika će vibrirati velikom amplitudom, pokazujući tako maksimalnu struju. Ova funkcija se koristi u ultrazvučnim vibratorima, kao što su mašine za pranje veša, ovlažavači ovlaženja, sonar, filteri električnih signala i ultrazvučni motori.
Piezoelektrični keramički materijali
Materijali kao što su barij titanat, olovni cirkonat titanat i litij niobat su glavne sirovine za pravljenje piezoelektrične keramike. Oni su neki sintetički materijali i dokazano je da imaju veći kapacitet za generaciju energije od većine prirodnih materijala. Olovo cirkonatni titanat (PZT) je najčešće sirovina za pravljenje piezoelektrične keramike. Proizvodi se i proizvodi od dva hemijska elementa (na visokim temperaturama), olova i cirkonija.
Piezoelektrični keramički lim za transduktor
PZT keramika ima veću osjetljivost i veću radnu temperaturu od druge piezoelektrične keramike. Karakterna osobina PZT-a je njegova velika piezoelektričnost. PZT ima kristalnu strukturu perovskitnog tipa, koja je pogodan za realizujući veliku piezoelektričnost. Osim toga, funkcije se mogu poboljšati kroz optimizaciju komponenti.
Piezoelektrični efekat
Nepravilni kristali se okupljaju kao piezoelektrični materijali. Struktura ovih kristala nije simetrična, ali i dalje postoje u električno neutralnoj ravnoteži. Međutim, kada se mehanički pritisak nanese na ove piezoelektrične kristale, njihova struktura će biti deformirana i atomi će biti gurnuti da proizvode kristale koji mogu provesti struju. Ako koristite isti piezoelektrični kristal i na njega nanesete električnu struju, kristal će se proširiti i ugovoriti, te tako električnu energiju pretvoriti u mehaničku energiju.
Piezoelektrična keramika su piezoelektrični materijali i imaju "piezoelektrični efekat" koji piezoelektrični materijali obično imaju. Piezoelektrični efekat je uzrokovan linearnom elektromehaničkom interakcijom između mehaničkog stanja i električnog stanja u kristalnom materijalu. Piezoelektrični efekat se dijeli na direktni piezoelektrični i obrnuti piezoelektrični efekat. Piezoelektrični efekat je revertibilan. Kada na nju djeluje sićušna vanjska sila, može mehaničku energiju pretvoriti u električnu energiju. Kada se nanese ac napon između piezoelektričnih keramičkih grupa, električna energija će biti preokrenuta u mehaničku energiju.
Direktan piezoelektrični efekat
Direktan piezoelektrični efekat je uzrokovan direktnim stresom na materijalu. To se događa kada se dvije metalne ploče obično koriste za nanošenje pritiska na komad piezoelektričnog materijala (kao što je kristal ili keramika). Jednostavno postavljanje piezoelektričnog kristala između dvije metalne ploče, u ovom trenutku, materijal je u savršenoj ravnoteži i ne provodi struju. Kada metalna ploča primijeni mehanički pritisak na materijal, kada kristal bude poremećen pritiskom ili drugim stresovima, neravnoteža naboja će izazvati razliku. Pretjerana negativna i pozitivna naboja pojavljuju se na suprotnim stranama kristalne površine. Metalna ploča prikuplja ove naboje, koji se mogu koristiti za generiranje napona i slanje struje kroz strujno kolo. Ovaj proces je direktan piezoelektrični efekat.
Obrnuti piezoelektrični efekat
Piezoelektrični kristal je stavljen između dvije metalne ploče, a struktura kristala je u savršenoj ravnoteži bez ikakvih promjena. Nakon što se električna energija nanese na kristal, struktura kristala je ugovorjena i proširena. Kako se kristalna struktura širi i ugovori, pretvara primljenu električnu energiju i oslobađa mehaničku energiju u obliku zvučnih talasa. Struja tjera atome u materijalu da vibriraju tamo-ovamo. Ovaj proces se zove inverzno piezoelektrično dejstvo. Obrnuti piezoelektrični efekt pomaže u razvoju uređaja koji generiraju zvučne valove, kao što su zvučnici i zujalice.
Kao jezgreni element ultrazvučnog sonde, piezoelektrična keramika PZT-8 ima faktor više kvalitete Qm, višu sigurnu radnu temperaturu (Curie temperature) i niži dielektrični gubitak (tanδ). To također garantuje njegovu visoku elektromehanička efikasnost i stabilnost konverzije.
