Просмотры:40 Автор:Pедактор сайта Время публикации: 2023-09-06 Происхождение:Работает
Пьезоэлектрический композитный материал представляет собой композитный материал, состоящий из пьезоэлектрических кристаллов и непизоэлектрических материалов, который обладает превосходными пьезоэлектрическими и механическими свойствами.
Пьезоэлектрический композитный материал
Пьезоэлектрический эффект относится к явлению, что определенные кристаллы будут генерировать разделение заряда и разность потенциалов, когда они подвергаются внешнему давлению или электрическому полю. Используя этот эффект, механическая энергия может быть преобразована в электрическую энергию или электрическую энергию, может быть преобразована в механическую энергию. Основной принцип пьезоэлектрических композитных материалов заключается в том, что, комбинируя пьезоэлектрические кристаллы и непизоэлектрические материалы, пьезоэлектрический эффект усиливается и имеет более широкие применения.
Целью проектирования пьезоэлектрических композитов является улучшение их механических свойств, таких как прочность, прочность и устойчивость к усталости, сохраняя при этом пьезоэлектрические свойства. Этот композитный материал обычно состоит из двух или более материалов, одним из которых является пьезоэлектрический кристаллический материал, такой как PZT (цирконат свинцового бария), PZN (свинцовый натриевый цирконат) и т. Д.; Другой-это не-пизоэлектрический материал, такой как полимеры, керамика, металлы и т. Д.
Методы приготовления пьезоэлектрических композитных материалов включают реакцию твердого состояния, метод с золь-гелем, заполнение пьезоэлектрического керамического порошка и т. Д. С помощью этих методов, равномерное распределение и тесную интеграцию пьезоэлектрических кристаллов и непизоэлектрические материалы могут быть достигнуты, тем самым повышая производительность материала.
Пьезоэлектрические композиты используются в широком спектре применений, таких как датчики, приводы, акустические и акустические волновые устройства, а также сборы и хранение энергии. Регулируя соотношение и конструктивную конструкцию пьезоэлектрических кристаллов и непизоэлектрических материалов в композитном материале, могут быть достигнуты различные пьезоэлектрические свойства и механические свойства для удовлетворения различных требований.
Пьезоэлектрический композитный материал состоит из двух основных компонентов: пьезоэлектрическая керамика и полимерная матрица. Пьезоэлектрическая керамика - это специальные керамические материалы, которые демонстрируют пьезоэлектрический эффект, то есть способность отделять заряды при применении механического напряжения или электрического поля. Обычно используемые пьезоэлектрические керамические материалы представляют собой свинцовый барий цирконат титанат (PZT) и оксид свинца бария (PBB). Полимерная матрица - это полимерный материал, используемый для заполнения и поддержки пьезоэлектрических керамических частиц. Обычно используемые полимерные материалы представляют собой полиуретан и полиимид.
Специальные пьезоэлектрические свойства пьезоэлектрических композитов являются результатом взаимодействия между пьезоэлектрической керамикой и полимерной матрицей. Когда применяется механическое напряжение или электрическое поле, пьезокерамические частицы слегка деформируются, вызывая разделение заряда. Это разделение заряда можно собирать и использовать для таких приложений, как датчики, приводы, сбор энергии и выработка электроэнергии.
Пьезоэлектрические композиты имеют много преимуществ, включая высокую чувствительность, высокую выходную мощность, широкий диапазон частотной характеристики и хорошую долговечность. Кроме того, из -за гибкости и пластичности полимерной матрицы пьезоэлектрические композиты также могут реализовать различные формы и режимы деформации, такие как изгиб, растяжение и экструзия, расширение полей их применения.
1. Акустический датчик: пьезоэлектрический составной материал может преобразовать акустический сигнал в электрический сигнал, поэтому он широко используется в поле акустического датчика. Например, пьезоэлектрический композитный материал может использоваться для изготовления ультразвуковых датчиков для ультразвукового обнаружения и визуализации в медицинской области.
Ультразвуковой композитный преобразователь
2. Сбор энергии вибрации: пьезоэлектрический композитный материал может быть преобразован в электрическую энергию посредством механической вибрации и используется для сбора энергии вибрации в окружающей среде. Эта технология сбора энергии широко используется в беспроводных сенсорных сетях, устройствах Интернета вещей и т. Д., Для питания и продления срока службы устройств.
3. Датчики давления: пьезоэлектрический композитный материал может быть преобразован в электрические сигналы, измеряя изменения давления, которым они подвергаются. Это делает их широко используемыми в области датчиков давления, например, в промышленной автоматизации, автомобильной технике и медицинском оборудовании для измерения изменений давления.
4. Контроль вибрации: пьезоэлектрический композитный материал может использоваться в системах управления вибрацией, таких как системы управления конструкционными вибрациями и адаптивных систем восстановления вибрации в аэрокосмическом поле. Эффективный контроль вибрации может быть достигнут путем применения электрического поля для управления формой и механическими свойствами пьезоэлектрического составного материала.
5. Передача энергии и выработка электроэнергии: пьезоэлектрический композитный материал может использоваться для передачи энергии и выработки электроэнергии. Например, используя его пьезоэлектрический эффект, электрическая энергия генерируется при механическом напряжении, тем самым реализуя передачу энергии и выработку электроэнергии. Эта технология может быть применена в таких областях, как интеллектуальные сооружения, сбора энергии и многое другое.
Пьезоэлектрические композитные материалы предлагают несколько преимуществ по сравнению с другими материалами в различных применениях из -за их уникальной комбинации свойств. Тем не менее, они также имеют определенные ограничения, которые необходимо учитывать. Давайте рассмотрим как преимущества, так и потенциальные ограничения пьезоэлектрических композитных материалов:
Улучшенная производительность: пьезоэлектрические композитные материалы могут быть разработаны для демонстрации превосходных пьезоэлектрических свойств по сравнению с однофазными пьезоэлектрическими материалами. Эта улучшенная производительность включает в себя более высокие пьезоэлектрические коэффициенты, что приводит к лучшему превращению механической энергии в электрическую энергию и наоборот.
Специальные свойства: пьезоэлектрические композиты позволяют настраивать свойства, регулируя композицию, геометрию и расположение составляющих фаз. Эта гибкость позволяет инженерам проектировать материалы, которые соответствуют конкретным требованиям применения, таким как частотная реакция, чувствительность и стабильность температуры.
Механическая гибкость: в отличие от некоторой традиционной пьезоэлектрической керамики, которая хрупкая и подвержена растрескиванию при механическом напряжении, пьезоэлектрические композиты могут быть разработаны, чтобы быть более механически гибкими. Это особенно выгодно в приложениях, где материал должен подвергаться изгибе или растяжению, не ставя под угрозу пьезоэлектрические характеристики.
Широкий диапазон частот: пьезоэлектрические композиты могут быть разработаны для эффективной работы в широком диапазоне частот. Эта универсальность делает их подходящими для различных применений, начиная от высокочастотных приводов до низкочастотных энергетических комбайнов.
Снижение акустического сопротивления: при медицинской визуализации и применениях сонара пьезоэлектрические композиты могут быть оптимизированы, чтобы иметь более низкий акустический импеданс, что позволяет лучше сопоставить акустическую среду с окружающей средой. Это приводит к улучшению передачи энергии и приема.
Сложное производство: изготовление пьезоэлектрических композитов с точными расположениями составляющих фаз может быть сложной и дорогой. Процесс производства требует тщательного контроля над отложением материала, выравнивания и методов связи для достижения желаемых свойств.
Компромисс между свойствами: проектирование пьезоэлектрических композитов часто включает компромиссы между различными свойствами. Например, улучшение одного аспекта, такого как пьезоэлектрический коэффициент, может быть за счет снижения механической прочности или повышенной восприимчивости к колебаниям температуры.
Анизотропия и чувствительность направления: пьезоэлектрические композиты могут демонстрировать анизотропное поведение, что означает, что их свойства могут варьироваться в зависимости от направления измерения или применения напряжения. Эта направленная чувствительность может усложнить характеристику материала и конструкцию устройства.
Ограниченная стабильность температуры: некоторые пьезоэлектрические составные составы могут иметь ограниченную стабильность при высоких температурах. Повышенные температуры могут привести к изменениям в свойствах материалов, влияющих на их производительность и долговечность.
Стоимость и доступность: в зависимости от конкретного процесса композиции и производства пьезоэлектрические композиты могут быть более дорогими для производства по сравнению с традиционной пьезоэлектрической керамикой. Кроме того, не все вариации пьезоэлектрических композитов могут быть легко доступны на рынке.
В заключение, пьезоэлектрические композитные материалы предлагают ряд преимуществ, включая повышенные характеристики, индивидуальные свойства и механическую гибкость. Тем не менее, они также сталкиваются с проблемами, связанными со сложностью производства, компромиссами между свойствами и чувствительностью к направлению. Тщательное рассмотрение этих факторов необходимо при выборе пьезоэлектрических композитов для конкретных применений.
Pусский