As características da cerâmica piezoelétrica e o efeito piezoelétrico
Cerâmicas que têm um efeito piezoelétrico&GG quot; em transdutores ultrassônicos são chamados de cerâmicas piezoelétricas. Cerâmicas piezoelétricas são geralmente formadas por reações químicas entre vários compostos oxidantes ou compostos de ácido carbônico durante o processo de sinterização. O processo de fabricação é semelhante ao da cerâmica eletrônica comum.
Cerâmicas piezoelétricas são a escolha preferida para fazer transdutores ultrassônicos devido à sua alta resistência física, inércia química e custos de fabricação relativamente baratos. A cerâmica piezoelétrica pode ser usada para fazer itens como transdutores ultrassônicos, capacitores de cerâmica, sensores e atuadores.
Características da cerâmica piezoelétrica
Cerâmicas piezoelétricas são materiais piezoelétricos feitos pelo homem. Materiais piezoelétricos são materiais que podem gerar eletricidade devido ao estresse mecânico. Quando uma tensão é aplicada, o material piezoelétrico se deforma. Todos os materiais piezoelétricos são não condutores para produzir um efeito piezoelétrico e funcionar.
As cerâmicas piezoelétricas geram uma tensão correspondente ao estresse mecânico aplicado. Normalmente usado como coletor de energia, ignitor de gás e sensor para detectar pressão, aceleração e velocidade angular.
As cerâmicas piezoelétricas geram um deslocamento correspondente à tensão aplicada. Isso é comumente usado para aplicações de atuadores lineares, como injetores piezoelétricos, nanoposicionamento e sistemas antivibração. Comparado com atuadores eletrônicos e hidráulicos, cerâmicas piezoelétricas têm as vantagens de resposta rápida, alta pressão e ressonância de operação precisa.
As cerâmicas piezoelétricas têm vibrações naturais em termos de forma e tamanho. Quando um campo elétrico com uma determinada frequência (chamada frequência de ressonância) é aplicado, a cerâmica piezoelétrica vibrará com grande amplitude, mostrando assim a corrente máxima. Esse recurso é usado em vibradores ultrassônicos, como máquinas de lavar, umidificadores, sonares, filtros de sinais elétricos e motores ultrassônicos.
Materiais cerâmicos piezoelétricos
Materiais como titanato de bário, titanato de zirconato de chumbo e niobato de lítio são as principais matérias-primas para a fabricação de cerâmicas piezoelétricas. São alguns materiais sintéticos e comprovadamente têm maior capacidade de geração de energia do que a maioria dos materiais naturais. Titanato de zirconato de chumbo (PZT) é a matéria-prima mais comum para a fabricação de cerâmicas piezoelétricas. É feito e produzido a partir de dois elementos químicos (em altas temperaturas), chumbo e zircônio.
Placa de cerâmica piezoelétrica para transdutor
Cerâmicas PZT têm sensibilidade e temperatura de trabalho mais altas do que outras cerâmicas piezoelétricas. A característica distintiva do PZT é sua grande piezoeletricidade. PZT tem uma estrutura de cristal do tipo perovskita, que é adequada para realizar grandes piezoeletricidade. Além disso, as funções podem ser aprimoradas por meio da otimização de componentes.
Efeito piezoelétrico
Cristais irregulares se reúnem como materiais piezoelétricos. A estrutura desses cristais não é simétrica, mas eles ainda existem em um equilíbrio eletricamente neutro. No entanto, uma vez que a pressão mecânica é aplicada a esses cristais piezoelétricos, sua estrutura será deformada e os átomos serão empurrados para produzir cristais que podem conduzir corrente. Se você usar o mesmo cristal piezoelétrico e aplicar uma corrente elétrica a ele, o cristal se expandirá e se contrairá, convertendo assim energia elétrica em energia mecânica.
As cerâmicas piezoeléctricas são materiais piezoeléctricos e têm o efeito piezoeléctrico&GG quot; que os materiais piezoelétricos geralmente têm. O efeito piezoelétrico é causado pela interação eletromecânica linear entre o estado mecânico e o estado elétrico no material cristalino. O efeito piezoelétrico é dividido em efeito piezoelétrico direto e efeito piezoelétrico reverso. O efeito piezoelétrico é reversível. Quando uma pequena força externa age sobre ele, ele pode transformar energia mecânica em energia elétrica. Uma vez que uma tensão AC é aplicada entre os grupos de placas cerâmicas piezoelétricas, a energia elétrica será invertida em energia mecânica.
Efeito piezoelétrico direto
O efeito piezoelétrico direto é causado por tensão direta no material. Isso acontece quando duas placas de metal são geralmente usadas para aplicar pressão a um pedaço de material piezoelétrico (como um cristal ou cerâmica). Simplesmente colocando o cristal piezoelétrico entre duas placas de metal, neste momento, o material está em perfeito equilíbrio e não conduz corrente. Uma vez que a placa de metal aplica pressão mecânica ao material, quando o cristal é perturbado por pressão ou outras tensões, o desequilíbrio de carga causará uma diferença. Cargas negativas e positivas excessivas aparecem em lados opostos da superfície do cristal. A placa de metal coleta essas cargas, que podem ser usadas para gerar voltagem e enviar corrente através do circuito. Este processo é um efeito piezoelétrico direto.
Efeito piezoelétrico reverso
Um cristal piezoelétrico é colocado entre as duas placas de metal, e a estrutura do cristal está em perfeito equilíbrio, sem qualquer alteração. Uma vez que a energia elétrica é aplicada ao cristal, a estrutura do cristal é contraída e expandida. À medida que a estrutura cristalina se expande e se contrai, ela converte a energia elétrica recebida e libera energia mecânica na forma de ondas sonoras. A corrente força os átomos do material a vibrar para frente e para trás. Este processo é denominado efeito piezoelétrico inverso. O efeito piezoelétrico reverso ajuda a desenvolver dispositivos que geram ondas sonoras, como alto-falantes e campainhas.
Como o elemento central do transdutor ultrassônico, a cerâmica piezoelétrica de PZT-8 tem um fator de qualidade superior Qm, uma temperatura de trabalho segura mais alta (temperatura de Curie) e uma perda dielétrica mais baixa (tanδ). Isso também garante sua alta eficiência e estabilidade de conversão eletromecânica.
