Aplicação de Chumbo Zirconate Titanate (PZT) usado para atuador piezoelétrico

1. Introdução

Materiais inteligentes incluem materiais de detecção e materiais de condução. Os materiais perceptivos são uma classe de materiais que têm uma função de detecção para estresse externo ou interno, tensão, calor, luz, eletricidade, magnetismo, energia radiante e quantidades químicas. Eles podem ser usados ​​para fazer vários dispositivos de sensor; Materiais que respondem às condições ambientais ou mudanças internas e executam ações que podem ser usadas para fazer uma variedade de dispositivos de acionamento. O dispositivo inteligente é um atuador piezo com uma função de sinistro feita de materiais inteligentes. A estrutura inteligente é composta de materiais e dispositivos. Integra o detecção, o processamento de sinal, o controle e a condução em um sistema de material ou sistema estrutural. Pode sentir o ambiente ou parâmetros internos, informações de processo, comandos de emissão, execução e ações completas. para atingir o autodiagnóstico, a auto-cura e as funções adaptativas. A aplicação de sistemas e estruturas de material inteligente é muito extensa, não apenas em armas de defesa de defesa, como aviões, navios de guerra, etc., mas também em áreas estrategicamente importantes da economia nacional, especialmente em campos de alta tecnologia. Os principais materiais que completam atualmente sistemas de materiais inteligentes e estruturas são materiais de memória de forma, materiais piezoelétricos (incluindo cerâmica piezoelétrico, polímeros piezoelétricos), materiais eletrosstrictivos, fibras ópticas e variantes eletrorológicas, variantes magnetorológicas e semelhantes. O uso desses materiais inteligentes, combinados com design e fabricação compostos inteligentes e sofisticados, o que resulta em um sistema material e estrutura que é impulsionado, detectado e controlado.

Materiais piezoelétricos são uma grande classe de materiais em sistemas e estruturas de materiais inteligentes. Um cristal dielétrico deTransdutor de cerâmica piezoelétricocom um efeito piezoelétrico será polarizado e formará uma carga de superfície sob a ação do estresse mecânico. Se tal cristal dielétrico for colocado em um campo elétrico, a ação do campo elétrico causará um deslocamento relativo dos centros positivos e negativos dentro do dielétrico para causar deformação. . Como o material piezoelétrico tem as características acima, a uniformidade do elemento Piezo sensorial e o elemento de ação podem ser alcançados. Materiais piezoelétricos podem ser amplamente utilizados em materiais e estruturas inteligentes, especialmente para autodiagnóstico de danos materiais, auto-adaptação, redução de vibração e controle de ruído. Os tipos de materiais piezoelétricos desenvolvidos incluindo cristal único, policristalina, vidro microcristalina, polímeros orgânicos e materiais compostos. Desde os anos 80, com o final do clímax de materiais cerâmicos piezoelétricos do desenvolvimento de sistemas binários para sistemas ternários e multi-componentes, a pesquisa sobre materiais piezoelétricos tem sido lenta. Com o rápido desenvolvimento da ciência e tecnologia, o desenvolvimento e a exploração sob a demanda de aplicação deu um novo impulso à pesquisa de materiais piezoelétricos. Juntamente com os esforços incisivos dos trabalhadores científicos e tecnológicos em pesquisa básica e melhoria do processo de produção, o novo tipo de pressão foi na última década. O surgimento contínuo de materiais elétricos tornou a pesquisa de materiais piezoelétricos.

2 Visão geral de materiais piezoelétricos

NoCristal de cerâmica piezoelétrica., a assimetria do arranjo dos íons positivos e negativos e a não coincidência do centro de gravidade dos encargos positivos e negativos da unidade forma um momento elétrico. Esses momentos de dipolo elétricos estão alinhados em uma determinada direção para se tornar uma estrutura de domínio, e os domínios são desordenados no cristal. Os efeitos de polarização cancelam uns aos outros, a polarização no material é zero, e a direção de polarização do domínio polarizado pelo campo elétrico CC tende a estar na mesma direção. Quando uma força externa atua no material piezoelétrico para causar deformação, o material é positivo e negativo. O tom da carga fica menor, e a intensidade da polarização também se torna menor. A carga gratuita originalmente adsorvida no eletrodo é parcialmente liberada, e o fenômeno de descarga ocorre, que é chamado de efeito piezoelétrico positivo; Um determinado campo elétrico de intensidade é aplicado aos dois pólos do material piezoelétrico, e o laborão é o espaçamento de carga positivo e negativo torna-se maior, a intensidade da polarização também se torna maior, e algumas taxas gratuitas são adsorvidas nos eletrodos para causar cobrança fenômeno. A carga elétrica se move no circuito para a energia mecânica de saída externamente, que é chamada no efeito piezoelétrico inverso.

2.3 Método de preparação de material piezoelétrico

Para diferentes materiais piezoelétricos, um método de preparação adequado é selecionado de acordo com sua aplicação, características. O método de preparação é dividido em um método de fase sólida, um método de fase líquida e um método de fase gasosa de acordo com a fase da fase que ocorre durante a preparação.

2.3.1 Método de fase sólida

Quando PZT Piezo é preparado pelo método tradicional de fase sólida, a temperatura de sinterização superior a 1200 ° C causará a volatilização da PBO. É difícil controlar a proporção estoichiométrica, que torna a microestrutura e as propriedades elétricas do material difícil de controlar. É adequado para matérias-primas, processo simples e materiais piezoelétricos. Onde os requisitos de desempenho não são altos.

2.3.2 Método de fase líquida

A preparação de materiais piezoelétricos por método de fase líquida é atualmente o método mais comumente usado, incluindo método de coprecipitação, método de síntese hidrotermal, método sol-gel, método de hidrólise de alcóxido e semelhantes. O método de coprecipitação permite que a sinterização de baixa temperatura obtenha um material piezoelétrico com uma densidade maior do que a densidade teórica. O método de coprecipitação utilizou um método de assar programado de temperatura de 700 graus para preparar o pó de Bat Io3 com um tamanho de partícula de 60n m. As pesquisadoras dos Estados Unidos usaram um método de coprecipitação combinado com um processo de liofilização para sintetizar o pó de Pz T de Nano-tamanho a 800 graus. Sinterização deu um material com uma densidade teórica de 98%. No estudo, n B2O 5 e T a 2 O5 foram utilizados como reagentes precursores, e os pós cerâmicos de K T A B O3 foram preparados por método hidrotermal e método térmico solvente. As cerâmicas piezoelétricas sinterizadas foram estudadas. O coeficiente de acoplamento atinge 0,5, e o coeficiente piezoelétrico D 33 é entre 150 ~ 450P C / N. No entanto, o método hidrotérmico requer maior temperatura e pressão, e o investimento do equipamento é grande, o que limita a aplicação do método. O método Sol-Gel é o método mais comumente usado no método de fase líquida. Filmes de alto desempenho podem ser preparados pelo sol-gel combinado com vários processos de moldagem e sinterização.

2.3. 3 método de fase gasosa

O método de fase gasosa é adequado para a preparação de filmes piezoelétricos de nano-escala, principalmente deposição de vapor físico e deposição de vapor químico. Entre eles, o método de pulverização é o método mais comumente usado. Um eléctrodo de fundo P T / T I foi depositado no substrato SI 2 / s i substrato por um método de pulverização alvo, e uma película PZT com uma espessura de cerca de 800mm foi preparada por pulverização de radiofrequência (RF). A deposição de vapor químico pode controlar com precisão a composição química do produto de reação, e é conveniente para dope, mas é difícil obter um material de fonte de gás adequado, que não é adequado para uma preparação de baixo custo de um filme, e é praticamente usado menos.