Parâmetros de materiais piezoelétricos e equações piezoelétricas (4)

Quatro. Classificação de materiais piezoelétricos
1. O primeiro tipo de material piezoelétrico piezoelétrico único cristal. Este é um material ferroelétrico de cristal único natural ou artificial com anisotropia. Seu efeito piezoelétrico é baseado na composição da estrutura de cristal causada por mudanças na posição relativa dos íons positivos e negativos na rede. Cristais únicos piezoeléctricos comumente usados. Aquartz (SiO2): Este é um cristal naturalmente formado ou cultivado artificialmente cultivado (cristal) com boa uniformidade e alto ponto de curie; alta impedância e alta mecânica Q (QM); alta dureza e boa resistência ao desgaste; O desempenho é extremamente estável, o envelhecimento é extremamente lento e mínimo, e suas mudanças de desempenho com a temperatura são muito pequenas, e o coeficiente de temperatura de freqüência linear que não muda com o tempo pode ser obtido; A perda é pequena, que pode ser usada para freqüências extremamente altas; O desempenho de isolamento é bom, pode ser alto uso sob tensão; que pode ser usado em ambientes de temperatura mais altos e extremamente baixos. Por causa de suas muitas propriedades superiores, a quartzo ainda é amplamente utilizada hoje, especialmente como transdutor padrão e como um oscilador de tempo em equipamentos de informática. Sua desvantagem é que a eficiência de conversão eletromecânica é baixa, o que torna o ganho do loop do sistema menor.

Lithium Niobate (Linbo3): Este é um cristal único ferroeléctrico artificialmente crescido com um diâmetro de até 120mm. O lítio Niobate pode ser usado para excitar diretamente a onda transversal ultra-sônica com alto coeficiente de acoplamento eletromecânico e excelente desempenho piezoelétrico. Tem um grande valor de QM e um ponto de alta curie. Pode ser usado em altas temperaturas, com polarização estável e propagação ultra-sônica. A perda é pequena, não é deliquescente, e a constante de frequência é muito grande. Pode ser usado para fazer transdutores de frequência ultra-alta. Portanto, tem sido usado como material básico comum para transdutores de ondas acústicos de superfície. Quando usado como transdutor de ondas de volume, ele pode obter uma melhor sensibilidade do que os transdutores cerâmicos piezoelétricos comuns. Também é usado para medição de espessura ultra-sônica, medição estreita e transdutor de pulso. Este é também um cristal único artificial. Tem boas propriedades mecânicas, é fácil de processar, pode ser dissolvida na água, mas não é fácil de deliquese, que tem propriedades físicas e químicas relativamente estáveis ​​e tem excelentes propriedades piezoelétricas deFaixa piezoelétrica de material PZT
. O coeficiente de acoplamento eletromecânico e a baixa constante dielétrica, e o valor QM é bastante baixo, eles são adequados para fazer alta sensibilidade, transdutores de banda larga de alta resolução e linhas de atraso, como fazer medição de espessura ultra-sônica e transdutores de pulso estreitos. Além disso, há sulfato de lítio (li2so4) com um bom desempenho de recebimento.

3. O segundo tipo de material piezoelétrico de material piezoelétrico. Este é um material ferroelétrico policristalino feito por disparo manual do método de sinterização em pó. O efeito piezoelétrico é baseado no efeito eletrostrictivo e suas propriedades piezoelétricas mudam com sinterização. Existem diferenças nos ingredientes de artesanato e formulação, portanto, há muitos tipos e diferentes performances. Por exemplo: moagem do material para 400 malha, adicionando um aglutinante, pressionando, assando a alta temperatura e, em seguida, serrar, moagem e polimento em uma bolacha cerâmica piezoelétrica acabada. Cerâmica piezoelétrica são fáceis de serem feitas em várias formas, e podem ser vibradas em vários modos de vibração para se adaptar a vários usos. Tem alto coeficiente de acoplamento eletromecânico, alto ganho de loop e sensibilidade, que são suas vantagens importantes. Cerâmica piezoelétrica comumente usada são: Titanato de bário (BATIO3): Esta é uma mistura de dióxido de titânio (TIO2) e carbonato de bário (BACO3) sinterizado a alta temperatura. Esta é uma cerâmica piezoelétrica anterior, sua temperatura de curie é baixa, a dependência da temperatura é grande, e a estabilidade do tempo e a estabilidade térmica são pobres. Agora ainda é usado para radiadores sonar e transdutores ultrassônicos. Chumbo Zirconate Titanate, Código PZT, tem uma variedade de fórmulas e características, e atualmente é a cerâmica piezoelétrica mais comumente usada.

A principal característica da série PZTCristal de placa piezoelétrica.O altamente coeficiente de acoplamento eletromecânico, dos quais o PZT-4 é um tipo de transmissão, e suas características de alta excitação são bons (alto valor QM, pequena perda interna, etc.), que é adequado para radiadores sonar e transdutores ultra-sônicos. , Gerador de alta tensão e transdutor de alta potência. PZT-5 é um tipo de receptor. Tem alto valor de constante dielétrico, baixo envelhecimento e baixo QM. É adequado para hidrofones, transdutores ultra-sônicos, registros de players, microfones e componentes do alto-falante. Também é adequado para detecção de tipo de pulso de banda larga, etc. Além disso: PZT-2, PZT-5A, PZT-5H, PZT-6A, PZT-7A, PZT-8 ... e assim por diante.

O chumbo Nióbio Zincate possui alto coeficiente de acoplamento eletromecânico de vibração radial e baixo valor QM (adicionando algum MNO2 ou NIO2 pode aumentar QM a 200), há uma maior estabilidade de temperatura, adequada para materiais de filtro. Lead Niobium Cobaltate Series: seus coeficientes de acoplamento eletromecânico de vibração radial KP e QM são relativamente altos, que podem ser usados ​​como vibradores ultrassônicos e transformadores, filtros, captadores, etc. Lead Niobium Manganate: Valor de qm alto, boa estabilidade, baixa constante dielétrica, Coeficiente de acoplamento eletromecânico médio KP de vibração radial, adequado para oscilador de linha de filtro e atraso. Chumbo antimonalato de nióbio: valor alto KP, boa estabilidade, grande valor QM e coeficiente de temperatura de pequena frequência. Chumbo Sistema de Manganês de Antimônio: KP tem uma grande faixa de ajuste, um alto valor QM, pequena perda dielétrica e boa estabilidade. Chumbo Tungstênio Manganês: Tensão de avaria extremamente alta, grande valor QM, grande valor KP e boa estabilidade de temperatura na frequência de ressonância.

Sistema de Niobate Lead: A constante dielétrica é grande, o KP é médio, e as características de freqüência de som são boas. O sistema de cádmio de tungstênio chumbo é uma boa temperatura e estabilidade de tempo de frequência. Chumbo magnésio contra. Pode suportar a pressão repetida e tem baixo envelhecimento de propriedades elétricas e mecânicas. Além disso, há antimonalato de lítio de chumbo e chumbo tantalato de lítio, que têm boa estabilidade e baixos valores de QM, e são adequados para transdutor de acústica subaquática. Além de cerâmica de piezo ternário, a cerâmica piezo quaternária de zirconato de zinconato de zinco-titânio de níquel níquio foram desenvolvidos.

O terceiro tipo de material piezoelétrico polímero polímero polímero piezoelétrico. Este é um novo polímero semi-cristalino artificialmente sintetizado com efeito piezoelétrico, chamado polímero polar, e seu efeito piezoelétrico é baseado em um polímero polar. A rotação molecular é atualmente melhor com o polivinilideno flúor (PVDF). PVDF (-CH2-CF2-) é um dos polímeros mais polares. O filme PVDF é esticado para várias vezes seu comprimento original a uma temperatura abaixo de 100 ° C para obter um filme β-tipo (uma forma cristalina de PVDF), que é aplicada com um eletrodo (geralmente alumínio) e polarizado em um alto DC elétrico Campo (a temperatura é 80-150 ℃), obterá desempenho piezoelétrico, pode ser efetivamente usado como um receptor acústico, tem boa estabilidade térmica, além disso, o material pode ser dobrado, a impedância acústica é pequena, e é bem correspondente Com água, especialmente adequada para hidrofones e transdutores para testes de campo de som diagnóstico de ultrassonografia médico. As desvantagens dos materiais piezoelétricos são que a relação sinal-ruído não é ideal, o coeficiente de acoplamento eletromecânico não é grande o suficiente, e as perdas mecânicas e dielétricas são relativamente grandes. Além disso, porque o fator de qualidade (QM, QE) é pequeno, não é adequado para lugares onde a ressonância aguda é necessária, nem para uma grande entrada e trabalho contínuo, porque seu efeito piezoelétrico quando usado por um longo tempo a uma temperatura acima de 80 Diminui. Além disso, os materiais piezoelétricos polímeros polares incluem polyfluoroetileno (PVF2) e semelhantes.

O quarto tipo de material piezoelétrico - material piezoelétrico composto e filme piezoelétrico de óxido de zinco. Material piezoelétrico compostoPlaca de colheita de energiaé composto de partículas cerâmicas ferroelétricas dispersas e misturadas em materiais de polímero. Como materiais elétricos, suas propriedades piezoelétricas dependem não apenas nas partículas cerâmicas, mas também no tipo de materiais de polímero utilizados como matriz, especialmente os sistemas compostos com polímeros de alta permissividade, como PVDF e fluoreto de vinilideno. , Pode ser usado como fortes materiais piezoelétricos. Este material piezoelétrico não precisa ser esticado como outros corpos piezoelétricos de polímeros e é isotrópico internamente. Com a mudança do tipo de polímero da matriz, uma grande variedade de módulo elástico pode ser obtida. Em particular, pode ser pressionado e prático. muito conveniente. Por exemplo, os materiais compostos da série PVDF e PZT têm propriedades piezelétricas muito estáveis ​​e propriedades dielétricas. Estes materiais atingiram a fase prática e são semelhantes aos materiais polímeros piezoelétricos em aplicação.

O filme piezoelétrico de óxido de zinco (ZNO) (feito pelo processo de pulverização de vácuo) é usado para geração ultra-sônica de frequência ultra-alta e transdutores de recebimento. Pode ser usado na faixa de frequência 30-3000 MHz e tem um bom efeito. Pode ser usado para o estudo de propriedades de material, linha de atraso ultrassônico, dispositivo acutio-óptico, processamento de comunicação e informação e microscópio ultrassônico, etc., com largura de banda de freqüência, boa eficiência de conversão eletro-acústica e fácil correspondência com o circuito de excitação . Além disso, o sulfeto de cádmio (CDs), nitreto de alumínio (ALN), etc. também são bons materiais de filme fino piezoelétrico.