Typer av Piezo Electric Materials - Egenskaper og egenskaper

Med sin fantastiske karakteristikk til produsere strøm fra ubrukte vibrasjoner på enhetene, piezoelektriske materialer dukker opp som revolusjonerende kraftopptakere. På grunn av forskningen på disse materialene er det i dag et bredt utvalg av piezoelektriske materialer å velge mellom. Ulike spesifikasjoner kjennetegner disse materialene. Men hvordan velger vi et materiale for vårt krav? Hva skal du se etter? Hva er typer av piezoelektrisk materialer? I denne artikkelen ser vi på forskjellige typer piezoelektriske materialer sammen med deres egenskaper. Artikkelen beskriver de fem grunnleggende fordelene du må se etter når du velger et piezoelektrisk materiale for produktet.

Typer av piezoelektriske materialer

De forskjellige typene piezoelektriske materialer inkluderer følgende.

Typer av piezoelektriske materialer

1) .Naturlig eksisterende

Disse krystallene er anisotrope dielektrikker med ikke-sentrosymmetrisk krystallgitter. Krystallmaterialer som kvarts, Rochelle-salt, Topaz, mineraler fra turmalingruppen og noen organiske stoffer som silke, tre, emalje, bein, hår, gummi, dentin, faller inn under denne kategorien.

2). Syntetiske syntetiske materialer

Materialer med ferroelektriske egenskaper brukes til å tilberede piezoelektriske materialer. Menneskeskapte materialer er gruppert i fem hovedkategorier - Kvartsanaloger, keramikk, polymerer, kompositter og tynne filmer .

• Polymerer : Polyvinyliden difluoride, PVDF eller PVF2.
• Kompositter : Piesokompositter er oppgraderingen av piezopolymere . De kan være av to typer:
  Piezo-polymer der piezoelektrisk materiale er nedsenket i en elektrisk passiv matrise .
  Piezo-kompositter som er laget ved å bruke to forskjellige keramiske eksempler BaTiO3-fibre forsterkende a PZT-matrise .
• Menneskeskapt piezoelektrisk med krystallstruktur som perovskitt : Bariumtitanat, Blytitanat, Bly-zirkonat-titanat (PZT), Kaliumniobat, Litiumniobat, Litiumtantalat og annet blyfritt piezoelektrisk keramikk.

Egenskaper for forskjellige piezoelektriske materialer

Egenskapene til forskjellige piezoelektriske materialer inkluderer følgende.

Kvarts

• Kvarts er det mest populære piezoelektriske materialet. Enkeltkrystallmaterialer har forskjellige materialegenskaper, avhengig av kutt og retning for massebølgeforplantning. Kvarts oscillator brukes i tykkelse skjærmodus av AT-cut brukes i datamaskiner, TV-er og videospillere.
• I S.A.W. enheter ST-kuttet kvarts med X-forplantning brukes. Kvarts har ekstremt høy mekanisk kvalitetsfaktor Kvm> 105.

Litiumniobat og Litiumtantal

• Disse materialene er sammensatt av oksygenoktaheder.
• Curies temperaturen på disse materialene er 1210 og 6600c henholdsvis.
• Disse materialene har en høy elektromekanisk koblingskoeffisient for overflateakustisk bølge.

Barium Titanate

• Disse materialene med dopemidler slik som Pb eller Ca-ioner kan stabilisere tetragonal fase over et bredere temperaturområde.
• Disse brukes i utgangspunktet til Langevin -Type piezoelektriske vibratorer.

Man

• Doping av PZT med donorer som Nb5 + eller Tr5 + gir myke PZT-er som PZT-5.
• Doping av PZT med akseptorioner som Fe3 + eller Sc3 + gir harde PZT-er som PZT-8.

Bly Titanate Keramikk

• Disse kan gi klar ultralydsavbildning på grunn av ekstremt lav plan kobling.
• Nylig for ultralyd svingere og elektromekaniske aktuatorer enkeltkrystallrelaksorferroelektriske stoffer med morfotropisk fasegrense (MPB) utvikles.

Piezoelektriske polymerer

Piezoelektriske polymerer har visse felles kjennetegn som

• Liten piezoelektrisk d-konstant som gjør dem til et godt valg for aktuatoren.
• Stor g konstant som gjør dem til et godt valg som sensorer .
• Disse materialene har god akustisk impedans som samsvarer med vann eller menneskekropp på grunn av lav vekt og myk elastisitet.
• Bred resonansbåndbredde på grunn av lav QM.
• Disse materialene er svært valgt retningsmikrofoner og ultralyd hydrofoner.

Piezoelektriske kompositter

• Piezoelektriske kompositter bestående av piezoelektriske keramiske faser og polymerfaser danner utmerkede piezoelektriske materialer
• Høy koblingsfaktor, lav akustisk impedans , mekanisk fleksibilitet karakteriserer disse materialene.
• Disse materialene brukes spesielt til sonar og medisinske diagnostiske ultralydtransduserapplikasjoner.

Tynne filmer

For akustiske bulk- og overflateakustiske bølgenheter tynn film av ZnO brukes mye på grunn av den store piezoelektriske koblingen.

Hvilket er det beste piezoelektriske materialet?

Piezoelektriske materialer velges ut fra kravene i våre applikasjoner. Materialet som lett kan oppfylle vårt krav kan betraktes som det beste. Det er noen få faktorer å vurdere når du velger piezoelektriske materialer.

De fem viktige fordelene ved piezoelektrisk er

1. Den elektromekaniske koblingsfaktoren k

k2 = (Lagret mekanisk energi / Inngang elektrisk energi) eller
k2 = (Lagret elektrisk energi / Inngang mekanisk energi)

2. Piezoelektrisk belastningskonstant d

Beskriver størrelsesforholdet mellom indusert belastning x og det elektriske feltet ER som x = d.E.

3. Piezoelektrisk spenningskonstant g

g definerer forholdet mellom den eksterne spenningen X og indusert elektrisk felt E som E = g.X.
Bruke forholdet P = d.X. vi kan si g = d / ε0 .ε. hvor ε = permittivitet.

4. Mekanisk kvalitetsfaktor QM

Denne parameteren karakteriserer skarpheten til elektromekanisk resonanssystem.

QM = ω0 / 2 ω.

5. Akustisk impedans Z

Denne parameteren evaluerer den akustiske energioverføringen mellom to materialer. Dette er definert som

Z2 = (trykk / volumhastighet).

I faste materialer Z = √ρ.√ϲ hvor ρ er tettheten og ϲ er elastisk stivhet av materialet.

Tabell over piezoelektriske egenskaper

• Polymerer har lav piezoelektrisk konstant sammenlignet med keramikk.
• Formendring av keramiske baserte materialer er mer enn for polymerbaserte materialer når samme mengde spenning påføres.
• Piezoelektrisk spenningskoeffisient på PVDF gjør er et bedre materiale for sensorapplikasjoner .
• På grunn av den større elektromekaniske koblingskoeffisienten, Man brukes i en applikasjon der mekanisk spenning må konverteres til elektrisk energi.
• Tre parametere som skal vurderes for valg piezoelektriske materialer for applikasjoner som arbeider under mekanisk resonans er den mekaniske kvalitetsfaktoren , elektromekanisk koblingsfaktor , og dielektrisk konstant . Høyere størrelsen på disse parametrene er best materialet for applikasjonen.
• Materialer med store piezoelektrisk belastningskoeffisient , stor ikke-hysteretiske belastningsnivåer er best for en aktuator .
• Materialer med høy elektromekanisk koblingsfaktor og høy dielektrisk permittivitet er best som svingere .
• Lavt dielektrisk tap er viktig for materialer som brukes i off-resonansfrekvens applikasjoner som står for generering av lav varme.

Basert på disse fysiske, materielle, elektromekaniske egenskaper vi kan enkelt skille mellom piezoelektriske materialer. Disse egenskapene hjelper oss med å velge det beste piezoelektriske materialet for vår applikasjon. Hvilket materiale har du brukt til søknaden din? Hvilke modifikasjoner kreves for at eksisterende materialer skal overvinne begrensningene?