Với đặc tính tuyệt vời của chúng để sản xuất điện từ các rung động không sử dụng của thiết bị, vật liệu áp điện đang nổi lên như những người thu hoạch sức mạnh mang tính cách mạng. Nhờ những nghiên cứu được thực hiện trên những vật liệu này, ngày nay có rất nhiều loại vật liệu áp điện để bạn lựa chọn. Các thông số kỹ thuật khác nhau đặc trưng cho các vật liệu này. Nhưng, làm thế nào để chọn một vật liệu cho yêu cầu của chúng tôi? Bạn cần tìm gì? Là những gì các loại áp điện nguyên vật liệu? Trong bài viết này, chúng tôi xem xét các loại vật liệu áp điện khác nhau cùng với các đặc tính của chúng. Bài báo mô tả năm điểm cơ bản cần tìm khi chọn vật liệu áp điện cho sản phẩm.

Các loại vật liệu áp điện

Các loại vật liệu áp điện khác nhau bao gồm những điều sau đây.

Các loại vật liệu áp điện

1). Tự nhiên hiện có

Các tinh thể này là các chất điện môi dị hướng với mạng tinh thể không đối xứng tâm. Các vật liệu tinh thể như Thạch anh, muối Rochelle, Topaz, khoáng chất nhóm Tourmaline, và một số chất hữu cơ như lụa, gỗ, men, xương, tóc, cao su, ngà răng thuộc loại này.

2). Vật liệu tổng hợp nhân tạo

Vật liệu với tính chất sắt điện được sử dụng để điều chế vật liệu áp điện. Vật liệu nhân tạo được nhóm thành năm loại chính: Chất tương tự thạch anh, Gốm sứ, Polyme, Vật liệu tổng hợp và Màng mỏng .

Polyme : Polyvinylidene difluoride, PVDF hoặc PVF2.
Vật liệu tổng hợp : Piezocomposites là sự nâng cấp của piezopolymers . Chúng có thể có hai loại:
Polyme áp điện trong đó vật liệu áp điện được nhúng vào ma trận thụ động điện .
Vật liệu tổng hợp Piezo được tạo ra bằng cách sử dụng hai ví dụ gốm sứ khác nhau Sợi BaTiO3 củng cố một Ma trận PZT .
Áp điện nhân tạo với cấu trúc tinh thể như perovskite : Bari titanate, Chì titanate, Chì zirconate titanate (PZT), Kali niobate, Lithium niobate, Lithium tantalate và không chứa chì khác gốm áp điện.

Tính chất của các vật liệu áp điện khác nhau

Các tính chất của các vật liệu áp điện khác nhau bao gồm những điều sau đây.

Thạch anh

Thạch anh là vật liệu áp điện đơn tinh thể phổ biến nhất. Vật liệu đơn tinh thể thể hiện các tính chất vật liệu khác nhau tùy thuộc vào đường cắt và hướng của sự truyền sóng khối. Thạch anh dao động hoạt động ở chế độ cắt theo chiều dày của AT-cut được sử dụng trong máy tính, TV và VCR.
Trong S.A.W. thiết bị thạch anh cắt ST với sự lan truyền X được sử dụng. Quartz có hệ số chất lượng cơ học cực cao SQM> 105.

Lithium Niobate và Lithium Tantalate

Những vật liệu này được cấu tạo bởi ô-xy bát diện.
Nhiệt độ nung của các vật liệu này là 1210 và 6600c tương ứng.
Những vật liệu này có hệ số ghép nối cơ điện cao đối với sóng âm bề mặt.

Bari Titanate

Những vật liệu này với dopants chẳng hạn như các ion Pb hoặc Ca có thể ổn định pha tứ giác trên một phạm vi nhiệt độ rộng hơn.
Chúng ban đầu được sử dụng cho Langevin - loại máy rung áp điện.

Thứ hai

Doping PZT với các ion cho như Nb5 + hoặc Tr5 + cung cấp PZT’s mềm như PZT-5.
Doping PZT với các ion chất nhận như Fe3 + hoặc Sc3 + cung cấp PZT’s cứng như PZT-8.

Chì Titanate gốm

Chúng có thể tạo ra hình ảnh siêu âm rõ ràng vì có độ ghép phẳng cực thấp.
Gần đây, siêu âm Bộ biến đổi nguồn và các thiết bị truyền động cơ điện đơn tinh thể thư giãn ferroelectrics với ranh giới pha hình thái (MPB) đang được phát triển.

Polyme áp điện

Polyme áp điện có những đặc điểm chung nhất định như

Hằng số áp điện nhỏ khiến chúng trở thành lựa chọn tốt cho thiết bị truyền động.
Hằng số g lớn khiến chúng trở thành một lựa chọn tốt như cảm biến .
Những vật liệu này có trở kháng âm thanh tốt, phù hợp với nước hoặc cơ thể người do trọng lượng nhẹ và độ đàn hồi mềm.
Băng thông cộng hưởng rộng do QM thấp.
Những vật liệu này được lựa chọn nhiều cho micrô định hướng và hydrophone siêu âm.

Vật liệu tổng hợp áp điện

“điện hai pha là gì ”

Vật liệu tổng hợp áp điện được tạo thành từ gốm áp điện và các pha polyme tạo thành vật liệu áp điện tuyệt vời
Hệ số khớp nối cao, trở kháng âm thanh thấp , tính linh hoạt cơ học đặc trưng cho các vật liệu này.
Những vật liệu này đặc biệt được sử dụng cho các ứng dụng sonar dưới nước và đầu dò siêu âm chẩn đoán y tế.

Phim mỏng

Đối với các thiết bị âm thanh số lượng lớn và sóng âm bề mặt, màng mỏng của ZnO được sử dụng rộng rãi vì có khớp nối áp điện lớn.

Vật liệu áp điện nào là tốt nhất?

Vật liệu áp điện được lựa chọn dựa trên yêu cầu của các ứng dụng của chúng tôi. Vật liệu có thể dễ dàng đáp ứng yêu cầu của chúng tôi có thể được coi là tốt nhất. Có một số yếu tố cần được xem xét khi chọn vật liệu áp điện.

Năm giá trị quan trọng của áp điện là

1. Hệ số ghép cơ điện k

k2 = (Năng lượng cơ học được lưu trữ / Năng lượng điện đầu vào) hoặc là
k2 = (Năng lượng điện được lưu trữ / Năng lượng cơ học đầu vào)

2. Hằng số biến dạng áp điện d

Mô tả mối quan hệ về độ lớn của biến dạng cảm ứng x với điện trường LÀ như x = d.E.

3. Hằng số hiệu điện thế áp điện g

g xác định mối quan hệ giữa ứng suất bên ngoài X và điện trường cảm ứng E là E = g.X.
Sử dụng quan hệ P = d.X. chúng ta có thể tuyên bố g = d / ε0 .ε. Ở đâu ε = khả năng cho phép.

4. Yếu tố chất lượng cơ học QM

Tham số này đặc trưng cho độ sắc nét của hệ thống cộng hưởng cơ điện.

QM = ω0 / 2 ω.

5. Trở kháng âm thanh Z

Thông số này đánh giá sự truyền năng lượng âm giữa hai vật liệu. Điều này được định nghĩa là

Z2 = (vận tốc áp suất / thể tích).

Trong vật liệu rắn Z = √ρ.√ϲ trong đó ρ là mật độ và ϲ là độ cứng đàn hồi của vật liệu.

Bảng đặc tính áp điện

Nét đặc trưng	Biểu tượng	ĐƠN VỊ	BaTiO₃	Thứ hai	PVDF
Tỉ trọng	-	10³kg / m³	“mạch chuyển đổi dc sang dc ” 5,7	7,5	1,78
Quan hệ hằng số điện môi	EU₀	-	1700	1200	12
Áp điện	d31	10^-12C / N	78	110	2. 3
Không thay đổi	g31	10^-3Vm / N	5	10	216
Điện áp không đổi	đến₃₁	ở 1kHz	hai mươi mốt	30	12

Polyme có hằng số áp điện thấp so với gốm.
Sự thay đổi hình dạng của vật liệu làm từ gốm nhiều hơn so với vật liệu làm từ polyme khi cùng một lượng điện áp được đặt vào.
Hệ số điện áp áp điện của PVDF làm là một vật liệu tốt hơn cho ứng dụng cảm biến .
Do hệ số ghép nối cơ điện lớn hơn, Thứ hai được sử dụng trong một ứng dụng mà ứng suất cơ học phải được chuyển đổi thành năng lượng điện.
Ba tham số được xem xét để lựa chọn vật liệu áp điện cho các ứng dụng làm việc dưới cộng hưởng cơ học là yếu tố chất lượng cơ học , yếu tố khớp nối cơ điện và hằng số điện môi . Độ lớn của các thông số này tốt nhất là vật liệu cho ứng dụng.
Vật liệu lớn hệ số biến dạng áp điện , lớn mức căng thẳng không hysteretic tốt nhất cho một thiết bị truyền động .
Vật liệu có cao yếu tố khớp nối cơ điện và cho phép điện môi cao tốt nhất là Bộ biến đổi nguồn .
Tổn thất điện môi thấp rất quan trọng đối với các vật liệu được sử dụng trong tần số ngoài cộng hưởng các ứng dụng kế toán sinh nhiệt thấp.

Dựa trên những vật chất, vật chất, đặc tính cơ điện chúng ta có thể dễ dàng phân biệt giữa các vật liệu áp điện. Những đặc tính này giúp chúng tôi chọn vật liệu áp điện tốt nhất cho ứng dụng của mình. Bạn đã sử dụng tài liệu nào cho ứng dụng của mình? Những sửa đổi nào cần thiết cho các vật liệu hiện có để khắc phục những hạn chế của chúng?