憑借其從設(shè)備未使用的振動(dòng)產(chǎn)生電力的驚人特性,壓電材料正在成為革命性的動(dòng)力收割機(jī).由于對(duì)這些材料的研究,今天有各種各樣的壓電材料可供選擇.不同的規(guī)格表征了這些材料.但是,如何根據(jù)我們的要求選擇材料?要找什么?壓電材料有哪些類型?在本文中,我們將研究不同類型的壓電材料及其特性.該文章描述了在為產(chǎn)品選擇壓電材料時(shí)要尋找的五個(gè)基本優(yōu)點(diǎn).

壓電材料的類型

不同類型的壓電材料包括以下.

壓電材料的類型

1).自然存在

這些晶體是具有非中心對(duì)稱晶格的各向異性電介質(zhì).石英,羅謝爾鹽,黃玉,電氣石等礦物質(zhì),以及絲綢,木材,琺瑯,骨頭,頭發(fā),橡膠,牙本質(zhì)等有機(jī)物質(zhì)都屬于這一類.

2).人造合成材料

具有鐵電性質(zhì)的材料用于制備壓電材料.人造材料分為五大類-石英類似物,陶瓷,聚合物,復(fù)合材料和薄膜.

●聚合物:聚偏二氟乙烯,PVDF或PVF2.

●復(fù)合材料:壓電復(fù)合材料是升級(jí)piezopolymers.它們可以是兩種類型:

壓電聚合物,其中壓電材料浸入電無(wú)源矩陣中.

通過(guò)使用兩種不同的陶瓷實(shí)例BaTiO3纖維增強(qiáng)PZT基質(zhì)制成的壓電復(fù)合材料.

●具有鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的人造壓電材料:鈦酸鋇,鈦酸鉛,鋯鈦酸鉛(PZT),鈮酸鉀,鈮酸鋰,鉭酸鋰和其他無(wú)鉛壓電陶瓷.

不同壓電材料的性質(zhì)

不同壓電材料的性質(zhì)包括以下.

石英

●石英是最受歡迎的單晶壓電材料.根據(jù)體波傳播的切割和方向,單晶材料表現(xiàn)出不同的材料特性.石英振蕩器在AT切割的厚度剪切模式下操作的用于計(jì)算機(jī),電視和錄像機(jī).

●在SAW器件中,使用具有X傳播的ST切割石英.石英具有極高的機(jī)械品質(zhì)因數(shù)QM>105.

鈮酸鋰和鉭酸鋰

●這些材料由氧八面體組成.

●這些材料的居里溫度為1210和6600c分別.

●這些材料對(duì)表面聲波具有高機(jī)電耦合系數(shù).

鈦酸鋇

●具有諸如Pb或Ca離子的摻雜劑的這些材料可以穩(wěn)定四方相在更寬的溫度范圍內(nèi).

●這些最初用于Langevin型壓電振動(dòng)器.

PZT

●用供體離子如Nb5+或Tr5+摻雜PZT可提供類似PZT-5的軟PZT.

●用受體離子如Fe3+或Sc3+摻雜PZT可提供類似PZT-8的硬質(zhì)PZT.

鈦酸鉛陶瓷

●由于極低的平面耦合,這些可以產(chǎn)生清晰的超聲成像.

●最近,對(duì)于超聲換能器和機(jī)電致動(dòng)器,正在開發(fā)具有準(zhǔn)同型相界(MPB)的單晶弛豫鐵電體.

壓電聚合物

壓電聚合物具有一定的共同特征

●小的壓電d常數(shù)使其成為執(zhí)行器的理想選擇.

●大g常數(shù)使其成為傳感器的理想選擇.

●由于重量輕,彈性柔軟,這些材料具有良好的聲學(xué)阻抗,與水或人體相匹配.

●QM低,諧振帶寬寬.

●這些材料高度選擇定向麥克風(fēng)和超聲波水聽(tīng)器.

壓電復(fù)合材料

●由壓電陶瓷和聚合物相組成的壓電復(fù)合材料形成優(yōu)異的壓電材料

●高耦合系數(shù),低聲阻抗,機(jī)械靈活性是這些材料的特征.

●這些材料特別用于水下聲納和醫(yī)療診斷超聲換能器應(yīng)用.

薄膜

對(duì)于體聲和表面聲波器件,ZnO的薄膜由于存在大的壓電耦合而被廣泛使用.

哪種壓電材料最好?

壓電材料的選擇基于我們的應(yīng)用要求.可以輕松滿足我們要求的材料可以被認(rèn)為是最好的.選擇壓電材料時(shí)需要考慮幾個(gè)因素.

壓電的五個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是

1.機(jī)電耦合系數(shù)k

k2=(存儲(chǔ)的機(jī)械能/輸入電能)或

k2=(存儲(chǔ)的電能/輸入機(jī)械能)

2.壓電應(yīng)變常數(shù)d

描述了誘導(dǎo)應(yīng)變x的大小與電場(chǎng)E的關(guān)系,即x=dE

3.壓電電壓常數(shù)g

g定義外部應(yīng)力X和感應(yīng)電場(chǎng)E之間的關(guān)系為E=gX

使用關(guān)系式P=dX,我們可以說(shuō)明g=d/ε0.ε.其中ε=介電常數(shù).

4.機(jī)械品質(zhì)因數(shù)QM

該參數(shù)表征機(jī)電共振系統(tǒng)的銳度.

QM=ω0/2ω.

5.聲阻抗Z.

該參數(shù)評(píng)估兩種材料之間的聲能傳遞.這被定義為

Z2=(壓力/體積速度).

在固體材料中Z=√ρ.√?其中ρ是密度,ζ是材料的彈性剛度.

壓電特性表

與陶瓷相比,聚合物具有低壓電常數(shù).

當(dāng)施加相同量的電壓時(shí),陶瓷基材料的形狀變化大于聚合物基材料的形狀變化.

PVDF的壓電電壓系數(shù)使其成為傳感器應(yīng)用的更好材料.

由于較大的機(jī)電耦合系數(shù),PZT用于必須將機(jī)械應(yīng)力轉(zhuǎn)換為電能的應(yīng)用中.

選擇用于在機(jī)械共振下工作的應(yīng)用的壓電材料的三個(gè)參數(shù)是機(jī)械品質(zhì)因數(shù),機(jī)電耦合因子和介電常數(shù).這些參數(shù)的大小越高,應(yīng)用材料越好.

具有大壓電應(yīng)變系數(shù),大的非滯后應(yīng)變水平的材料對(duì)于致動(dòng)器是最佳的.

具有高機(jī)電耦合系數(shù)和高介電常數(shù)的材料最適合作為傳感器.

低介電損耗對(duì)于用于非共振頻率應(yīng)用的材料很重要,這些應(yīng)用會(huì)產(chǎn)生低熱量.

基于這些物理,材料,機(jī)電特性,我們可以很容易地區(qū)分壓電材料.這些特性有助于我們?yōu)槲覀兊膽?yīng)用選擇最佳的壓電材料.您使用了哪種材料用于您的應(yīng)用?現(xiàn)有材料需要進(jìn)行哪些修改才能克服其局限性?

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