Параметры пьезоэлектрических материалов и пьезоэлектрических уравнений (4)

Четыре Классификация пьезоэлектрических материалов
1. Первый тип пьезоэлектрического материала пьезоэлектрического монокристаллического. Его пьезоэлектрический эффект основан на составе кристаллической структуры, вызванной изменениями относительного положения положительных и отрицательных ионов на решетке. Обычно используется пьезоэлектрические монокристаллы .Quartz (SIO2): это естественно образованный или искусственно культивируемый (искусственный кристалл) кристалл с хорошей однородной и высокой точкой CURIE; высокий импеданс и высокий механический Q (QM); высокая твердость и хорошая стойкость к износу; Производительность чрезвычайно стабильна, старение чрезвычайно медленное и минимальное, и его изменение производительности с температурой очень мала, а линейный коэффициент температуры частоты, который не изменяется со временем, может быть получен; Потеря небольшая, которая может быть использована для чрезвычайно высоких частот; Производительность изоляции хороша, она может быть высоко использована при напряжении, которое может использоваться в средах с более высокой и чрезвычайно низкой температурой. Из -за многих превосходных свойств Quartz все еще широко используется сегодня, особенно в качестве стандартного преобразователя и в качестве генератора времени в компьютерном оборудовании. Его недостаток заключается в том, что эффективность электромеханического преобразования низкая, что делает усиление системы более низкой.

Lithium niobate (Linbo3): это искусственно выращенный сегнетоэлектрический монокристалл диаметром до 120 мм. Литий -нибат может быть использован для непосредственного возбуждения ультразвуковой поперечной волны с высоким коэффициентом электромеханической связи и превосходными пьезоэлектрическими характеристиками. Он имеет большое значение QM и высокая точка CURIE. Его можно использовать при высоких температурах, со стабильной поляризацией и ультразвуковым распространением. Потеря невелика, она не является деликашнкой, а постоянная частота очень большая. Он может быть использован для изготовления сверхвысоких частотных преобразователей. Поэтому он использовался в качестве общего основного материала для преобразователей поверхностных акустических волн. При использовании в качестве преобразователя волны объема он может получить лучшую чувствительность, чем обычные пьезоэлектрические керамические преобразователи. Он также используется для измерения ультразвуковой толщины, узкого измерения и передачи импульса. Это также искусственный монокристалл. Он обладает хорошими механическими свойствами, легко обрабатывать, может быть растворен в воде, но его нелегко для деликса, которая обладает относительно стабильными физическими и химическими свойствами и обладает отличными пьезоэлектрическими свойствамиМатериал PZT пьезоэлектрическая полоса
Анкет Коэффициент электромеханической связи и низкая диэлектрическая постоянная, и значение QM довольно низкое, они подходят для выполнения высокочувствительности, широкополосных преобразователей с высоким разрешением и линий задержки, таких как измерение ультразвуковой толщины и узкие преобразователи импульса. Кроме того, существует сульфат лития (LI2SO4) с хорошими результатами.

3. Второй тип пьезоэлектрического материала пьезоэлектрической керамики. Это поликристаллический сегентоэлектрический материал, изготовленный ручным сбором метода порошкового спекания. Пьезоэлектрический эффект основан на электрострикционном эффекте, и его пьезоэлектрические свойства изменяются с спеканием. Существуют различия в ингредиентах мастерства и формулирования, поэтому существует множество типов и различных выступлений. Например: измельчение материала до 400 меш, добавление связующего, прессования, выпекания при высокой температуре, а затем распиливания, шлифования и полировки в готовую пьезоэлектрическую керамическую пластину. Пьезоэлектрическая керамика легко превращать в различные формы и может вибрировать в различных режимах вибрации, чтобы адаптироваться к различным применению. Он имеет высокий коэффициент электромеханической связи, высокое усиление петли и чувствительность, которые являются его важными преимуществами. Обычно используемая пьезоэлектрическая керамика: Barium Titanate (BATIO3): это смесь диоксида титана (TIO2) и карбоната бария (BACO3), спеченной при высокой температуре. Это более ранняя пьезоэлектрическая керамика, его температура куина низкая, температурная зависимость велика, а стабильность времени и тепловая стабильность плохая. Теперь он все еще используется для радиаторов сонар и ультразвуковых преобразователей. Ведущий цирконат титанат, код PZT, имеет различные формулы и характеристики и в настоящее время является наиболее часто используемой пьезоэлектрической керамикой.

Основная особенность серии PZTПьезоэлектрическая пластина Кристаллявляется высоким коэффициентом электромеханической связи, из которого PZT-4 является типом передачи, а его высокие характеристики возбуждения хороши (высокое значение QM, небольшие внутренние потери и т. Д.), Который подходит для радиаторов сонар и ультразвуковых преобразователей. , Генератор высокого напряжения и датчик высокой мощности. PZT-5-тип приемника. Он имеет высокую диэлектрическую постоянную, низкую старение и низкое значение QM. Он подходит для гидрофонов, ультразвуковых преобразователей, рекордных игроков, микрофонов и компонентов динамиков. Он также подходит для обнаружения типа широкополосного импульса и т. Д. Кроме того: PZT-2, PZT-5A, PZT-5H, PZT-6A, PZT-7A, PZT-8 ... и так далее.

Свидевный ниобийский цинкат имеет высокий коэффициент электромеханической связи радиальной вибрации и низкого значения QM (добавление некоторого MNO2 или NIO2 может увеличить QM до 200), существует более высокая стабильность температуры, подходящая для фильтров. Свинцово -кобальт -серию ниобия: его радиальная вибрационная электромеханическая связь связывания KP и QM относительно высоки, которые могут использоваться в качестве ультразвуковых вибраторов и трансформаторов, фильтров, пикапов и т. Д. Средний электромеханический коэффициент связи KP радиальной вибрации, подходящий для генератора линии фильтра и линии задержки. Противоречие ниобия: высокое значение KP, хорошая стабильность, большое значение QM и малый коэффициент температуры частоты. Система марганцевой системы в свинцовой сурьме: KP имеет большой диапазон регулировки, высокое значение QM, небольшие диэлектрические потери и хорошую стабильность. Ведущий вольфрамовый марганец: чрезвычайно высокое напряжение разбивки, большое значение QM, большое значение KP и хорошая стабильность температуры на частоте резонанса.

Система Niobate ведущей: диэлектрическая постоянная большая, KP средняя, ​​а характеристики частоты звука хороши. Система кадмий -вольфрама свинца - это хорошая температура и временная стабильность частоты. Свинцовый магний теллурат. Он может противостоять повторному давлению и имеет низкое старение электрических и механических свойств. Кроме того, существуют литий -литий -антимонату и литий -танталат лития, которые имеют хорошую стабильность и низкие значения QM и подходят для подводного преобразователя акустики. В дополнение к тройной пьезойской керамике, была разработана четвертичная пьезонат цирконата никель-никель-ниобий-цинконат.

Третий тип пьезоэлектрического материала-полярного полимера пьезоэлектрического материала. Это новый искусственно синтезированный полукристаллический полимер с пьезоэлектрическим эффектом, называемым полярным полимером, а его пьезоэлектрический эффект основан на полярном полимере. Молекулярное вращение в настоящее время лучше всего подходит для поливинилиденного фторида (PVDF). PVDF (-CH2-CF2-) является одним из самых полярных полимеров. PVDF-пленка растягивается до исходной длины в несколько раз при температуре ниже 100 ° C, чтобы получить пленку β-типа (кристаллическая форма PVDF), которая применяется с помощью электрода (обычно алюминий) и поляризован в электрике с высоким DC Electric Поле (температура составляет 80-150 ℃), получит пьезоэлектрическую производительность, его можно эффективно использовать в качестве акустического приемника, обладает хорошей тепловой стабильностью, кроме того, материал может быть согнут, акустический импеданс невелик, и он хорошо сопоставлен с водой, особенно подходящей для гидрофонов и преобразователей для медицинского ультразвукового диагностического полевого испытания. Недостатки материалов пьезоэлектрической пленки заключаются в том, что соотношение сигнал / шум не идеально, коэффициент электромеханической связи недостаточно велик, а механические и диэлектрические потери относительно большие. Кроме того, поскольку коэффициент качества (QM, QE) невелик, он не подходит для мест, где требуется острый резонанс, а также для большой входной и непрерывной работы, потому что его пьезоэлектрический эффект при долгое время используется при температуре выше 80 ° C уменьшается. Кроме того, полярные полимерные пьезоэлектрические материалы включают полифторэтилен (PVF2) и тому подобное.

Четвертый тип пьезоэлектрического материала-композитный пьезоэлектрический материал и пьезоэлектрическая пленка из оксида цинка. Составной пьезоэлектрический материалЭнергетическая пластина для сбора урожаясостоит из сегнетоэлектрических керамических частиц, диспергированных и смешанных в полимерных материалах. Подобно электрическим материалам, их пьезоэлектрические свойства зависят не только от керамических частиц, но и от типа полимерных материалов, используемых в качестве матрицы, особенно композитных систем с высокопоставленными полимерами, такими как PVDF и винилиденно. , Можно использовать в качестве сильных пьезоэлектрических материалов. Этот пьезоэлектрический материал не должен растягивать, как другие полимерные пьезоэлектрические тела, и это изотроп внутри. При изменении типа матричного полимера можно получить большой диапазон упругого модуля. В частности, это может быть горячим и практичным. очень удобно. Например, композитные материалы серии PVDF и PZT обладают очень стабильными пьезоэлектрическими свойствами и диэлектрическими свойствами. Эти материалы достигли практической стадии и похожи на пьезоэлектрические полимерные материалы в применении.

Пьезоэлектрическая пленка оксида цинка (ZNO) (изготовленная в процессе вакуумного распыления) используется для ультразвуковой генерации сверхвысокой частоты и получения преобразователей. Его можно использовать в частотной полосе 30-3000 МГц и имеет хороший эффект. It can be used for the study of material properties , ultrasonic delay line, acousto-optic device, communication and information processing, and ultrasonic microscope, etc., with frequency bandwidth, good electro-acoustic conversion efficiency, and easy matching with the excitation circuit Анкет Кроме того, сульфид кадмия (CDS), нитрид алюминия (ALN) и т. Д. Также являются хорошими пьезоэлектрическими тонкопленочными материалами.