憑借其從設備未使用的振動產生電力的驚人特性,壓電材料正在成為革命性的動力收割機.由于對這些材料的研究,今天有各種各樣的壓電材料可供選擇.不同的規格表征了這些材料.但是,如何根據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品選擇壓電材料時要尋找的五個基本優點.

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稱晶格的各向異性電介質.石英,羅謝爾鹽,黃玉,電氣石等礦物質,以及絲綢,木材,琺瑯,骨頭,頭發,橡膠,牙本質等有機物質都屬于這一類.

2).人造合成材料

具有鐵電性質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,復合材料和薄膜.

●聚合物:聚偏二氟乙烯,PVDF或PVF2.

●復合材料:壓電復合材料是升級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源矩陣中.

通過使用兩種不同的陶瓷實例BaTiO3纖維增強PZT基質制成的壓電復合材料.

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

不同壓電材料的性質

不同壓電材料的性質包括以下.

石英

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

●在SAW器件中,使用具有X傳播的ST切割石英.石英具有極高的機械品質因數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.

●這些材料對表面聲波具有高機電耦合系數.

鈦酸鋇

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

●這些最初用于Langevin型壓電振動器.

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PZT.

鈦酸鉛陶瓷

●由于極低的平面耦合,這些可以產生清晰的超聲成像.

●最近,對于超聲換能器和機電致動器,正在開發具有準同型相界(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常數使其成為執行器的理想選擇.

●大g常數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和超聲波水聽器.

壓電復合材料

●由壓電陶瓷和聚合物相組成的壓電復合材料形成優異的壓電材料

●高耦合系數,低聲阻抗,機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療診斷超聲換能器應用.

薄膜

對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用要求.可以輕松滿足我們要求的材料可以被認為是最好的.選擇壓電材料時需要考慮幾個因素.

壓電的五個重要優點是

1.機電耦合系數k

k2=(存儲的機械能/輸入電能)或

k2=(存儲的電能/輸入機械能)

2.壓電應變常數d

描述了誘導應變x的大小與電場E的關系,即x=dE

3.壓電電壓常數g

g定義外部應力X和感應電場E之間的關系為E=gX

使用關系式P=dX,我們可以說明g=d/ε0.ε.其中ε=介電常數.

4.機械品質因數QM

該參數表征機電共振系統的銳度.

QM=ω0/2ω.

5.聲阻抗Z.

該參數評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.

當施加相同量的電壓時,陶瓷基材料的形狀變化大于聚合物基材料的形狀變化.

PVDF的壓電電壓系數使其成為傳感器應用的更好材料.

由于較大的機電耦合系數,PZT用于必須將機械應力轉換為電能的應用中.

選擇用于在機械共振下工作的應用的壓電材料的三個參數是機械品質因數,機電耦合因子和介電常數.這些參數的大小越高,應用材料越好.

具有大壓電應變系數,大的非滯后應變水平的材料對于致動器是最佳的.

具有高機電耦合系數和高介電常數的材料最適合作為傳感器.

低介電損耗對于用于非共振頻率應用的材料很重要,這些應用會產生低熱量.

基于這些物理,材料,機電特性,我們可以很容易地區分壓電材料.這些特性有助于我們為我們的應用選擇最佳的壓電材料.您使用了哪種材料用于您的應用?現有材料需要進行哪些修改才能克服其局限性?

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