Las características de la cerámica piezoeléctrica y el efecto piezoeléctrico.
Cerámicas que tienen un" Efecto piezoeléctrico" en los transductores ultrasónicos se denominan cerámicas piezoeléctricas. Las cerámicas piezoeléctricas se forman generalmente por reacciones químicas entre varios compuestos oxidantes o compuestos de ácido carbónico durante el proceso de sinterización. El proceso de fabricación es similar al de la cerámica electrónica ordinaria.
Las cerámicas piezoeléctricas son la opción preferida para fabricar transductores ultrasónicos debido a su alta resistencia física, inercia química y costos de fabricación relativamente baratos. La cerámica piezoeléctrica se puede utilizar para fabricar elementos como transductores ultrasónicos, condensadores cerámicos, sensores y actuadores.
Características de las cerámicas piezoeléctricas.
Las cerámicas piezoeléctricas son materiales piezoeléctricos artificiales. Los materiales piezoeléctricos son materiales que pueden generar electricidad debido al estrés mecánico. Cuando se aplica un voltaje, el material piezoeléctrico se deforma. Todos los materiales piezoeléctricos son no conductores para producir un efecto piezoeléctrico y funcionar.
Las cerámicas piezoeléctricas generan un voltaje correspondiente a la tensión mecánica aplicada. Usualmente se usa como recolector de energía, encendedor de gas y sensor para detectar presión, aceleración y velocidad angular.
Las cerámicas piezoeléctricas generan un desplazamiento correspondiente al voltaje aplicado. Esto se usa comúnmente para aplicaciones de actuadores lineales como inyectores piezoeléctricos, sistemas de nanoposicionamiento y antivibración. En comparación con los actuadores electrónicos e hidráulicos, las cerámicas piezoeléctricas tienen las ventajas de una respuesta rápida, alta presión y resonancia de operación precisa.
Las cerámicas piezoeléctricas tienen vibraciones naturales en términos de forma y tamaño. Cuando se aplica un campo eléctrico con una cierta frecuencia (llamada frecuencia resonante), la cerámica piezoeléctrica vibrará con una gran amplitud, mostrando así la corriente máxima. Esta función se utiliza en vibradores ultrasónicos, como lavadoras, humidificadores, sonar, filtros de señales eléctricas y motores ultrasónicos.
Materiales cerámicos piezoeléctricos
Materiales como el titanato de bario, el titanato de circonato de plomo y el niobato de litio son las principales materias primas para la fabricación de cerámicas piezoeléctricas. Son algunos materiales sintéticos y se ha demostrado que tienen una mayor capacidad de generación de energía que la mayoría de los materiales naturales. El titanato de circonato de plomo (PZT) es la materia prima más común para la fabricación de cerámicas piezoeléctricas. Está hecho y producido a partir de dos elementos químicos (a altas temperaturas), plomo y circonio.
Lámina de cerámica piezoeléctrica para transductor
Las cerámicas PZT tienen una mayor sensibilidad y una temperatura de trabajo más alta que otras cerámicas piezoeléctricas. La característica distintiva de PZT es su gran piezoelectricidad. PZT tiene una estructura cristalina de tipo perovskita, que es adecuada para realizar una gran piezoelectricidad. Además, las funciones se pueden mejorar mediante la optimización de componentes.
Efecto piezoeléctrico
Los cristales irregulares se juntan como materiales piezoeléctricos. La estructura de estos cristales no es simétrica, pero todavía existen en un equilibrio eléctricamente neutro. Sin embargo, una vez que se aplica presión mecánica a estos cristales piezoeléctricos, su estructura se deforma y los átomos se empujan para producir cristales que pueden conducir la corriente. Si usa el mismo cristal piezoeléctrico y le aplica una corriente eléctrica, el cristal se expandirá y contraerá, convirtiendo así la energía eléctrica en energía mecánica.
Las cerámicas piezoeléctricas son materiales piezoeléctricos y tienen el efecto piezoeléctrico&"GG" que suelen tener los materiales piezoeléctricos. El efecto piezoeléctrico es causado por la interacción electromecánica lineal entre el estado mecánico y el estado eléctrico en el material cristalino. El efecto piezoeléctrico se divide en efecto piezoeléctrico directo y piezoeléctrico inverso. El efecto piezoeléctrico es reversible. Cuando una pequeña fuerza externa actúa sobre él, puede convertir la energía mecánica en energía eléctrica. Una vez que se aplica un voltaje de CA entre los grupos de láminas cerámicas piezoeléctricas, la energía eléctrica se invertirá en energía mecánica.
Efecto piezoeléctrico directo
El efecto piezoeléctrico directo es causado por la tensión directa sobre el material. Esto sucede cuando generalmente se usan dos placas de metal para aplicar presión a una pieza de material piezoeléctrico (como un cristal o cerámica). Simplemente colocando el cristal piezoeléctrico entre dos placas de metal, en este momento, el material está en perfecto equilibrio y no conduce corriente. Una vez que la placa de metal aplica presión mecánica al material, cuando el cristal se ve afectado por la presión u otras tensiones, el desequilibrio de carga provocará una diferencia. Aparecen cargas negativas y positivas excesivas en lados opuestos de la superficie del cristal. La placa de metal recoge estas cargas, que se pueden utilizar para generar voltaje y enviar corriente a través del circuito. Este proceso es un efecto piezoeléctrico directo.
Efecto piezoeléctrico inverso
Se coloca un cristal piezoeléctrico entre las dos placas de metal, y la estructura del cristal está en perfecto equilibrio sin ningún cambio. Una vez que se aplica energía eléctrica al cristal, la estructura del cristal se contrae y expande. A medida que la estructura cristalina se expande y contrae, convierte la energía eléctrica recibida y libera energía mecánica en forma de ondas sonoras. La corriente obliga a los átomos del material a vibrar de un lado a otro. Este proceso se llama efecto piezoeléctrico inverso. El efecto piezoeléctrico inverso ayuda a desarrollar dispositivos que generan ondas sonoras, como altavoces y zumbadores.
Como elemento central del transductor ultrasónico, la cerámica piezoeléctrica de PZT-8 tiene un factor de calidad Qm más alto, una temperatura de trabajo segura más alta (temperatura de Curie) y una pérdida dieléctrica más baja (tanδ). Esto también garantiza su alta eficiencia y estabilidad de conversión electromecánica.
