Materiały piezoelektryczne

Materiały piezoelektryczne

• Zamieniają energię elektryczną na mechaniczną i na odwrót. Odkształcenia sprężyste piezoelektryka są głównym powodem powstawania w nim wewnętrznego pola elektrycznego. Zjawisko to nazywane jest efektem piezoelektrycznym prostym. Zamieszczenie materiału w polu elektrycznym powoduje zmiany jego wymiarów. Jest to efekt piezoelektryczny odwrotny.

Najczęściej stosowane materiały piezoelektryczne

Wytwarza duże napięcie, jest wrażliwa na wilgoć, tania i łatwa w produkcji. W przeszłości wykorzystywana w przetwornikach elektroakustycznych.

Sól Seignette'a (sól La Rochelle)

Można go wyprodukować sztucznie metodą hydrotermalną. Stosując właściwe cięcia dostaje się płytki o zerowym współczynniku temperaturowym częstotliwości drgań rezonansowych, co jest ważne w jego aplikacjach elektronicznych.

Kwarc (kryształ górski)

CharakterystykaMateriał

Najczęściej stosowane materiały piezoelektryczne

Są powszechnie używane w postaci ceramik, ponieważ można je wyprodukować w różnych kształtach.

Tytanian baru i jego związki izomorficzne

Są nimi minerały występujące w naturze, borokrzemiany kilku metali. Jako pierwsze z materiałów piezoelektrycznych były wykorzystywane w urządzeniach hydrolokacyjnych.

Turmailiny

CharakterystykaMateriał

Ceramiczne materiały piezoelektryczne

• Jako ceramika piezoelektryczna wykorzystywane są materiały ferroelektryczne i nieferroelektryczne. Materiały nieferroelektryczne charakteryzują się mniejszymi właściwościami piezoelektrycznymi- najczęściej stosowany jest kwarc (SiO2).

Wytwarzanie ceramicznych materiałów piezoelektrycznych

• Ceramiczne materiały piezoelektryczne produkuje się zazwyczaj metodami typowymi dla ceramiki.

• Ceramiczne materiały piezoelektryczne można otrzymywać również dzięki metodzie zol-żel.

Zastosowanie piezoelektrycznych materiałów ceramicznych

• Dziedziny, w których są wykorzystywane materiały piezoelektryczne to automatyzacja, mikromanipulacja, techniki pomiarowe (np. nieniszczące badania wad w materiałach) i medycyna (np. diagnostyczne techniki ultradźwiękowe), a także systemy monitorowania stanu materiałów i konstrukcji.

Zastosowanie piezoelektrycznych materiałów ceramicznych

• Materiały te zamieniają energię, co pozwala na uzyskanie dzięki odpowiednim urządzeniom wielu użytecznych efektów: energia elektryczna przetwarzana jest na działanie mechaniczne - aktuatory lub oddziaływanie mechaniczne jest rejestrowane przez powstanie efektu elektrycznego - sensory.

Rys. 1 Aktuatory piezoelektryczne

Polimery piezoelektryczne

• W polimerach, tak samo jak w materiałach ceramicznych, występuje efekt piezoelektryczny. Polimery piezoelektryczne coraz częściej są stosowane zamiast ceramicznych materiałów piezoelektrycznych. Dowodem na to jest szybciej rozwijająca się produkcja czujników z piezoelektrycznych polimerów niż z innych materiałów piezoelektrycznych.

Polimery piezoelektryczne

• Sposobem na zmniejszenie niekorzystnych właściwości ceramicznych materiałów piezoelektrycznych jest złączenie tych materiałów z polimerami, czego skutkiem jest otrzymanie kompozytu o większej odporności na kruche pękanie, mniejszej gęstości i mniejszej stałej dielektrycznej. Kompozyty te mają zastosowanie głównie do produkcji czujników stosowanych w hydrolokacji.

Właściwości polimerów piezoelektrycznych

• Najważniejszymi cechami dodatnimi polimerów piezoelektrycznych jest to, że nie są kruche tak jak ceramiczne materiały piezoelektryczne i wyróżniają się niższą akustyczną impedancją właściwą, która jest korzystniejsza do niektórych zastosowań. Można je łatwo i tanio wyprodukować.

Polimery piezoelektryczne• W grupie polimerów piezoelektrycznych

znajdują się takie polimery jak: polipropylen, polistyren, amorficzny octan winylu i polimery ciekłokrystaliczne, a także biopolimery ( np. polipeptydy). Efekt piezoelektryczny w tych polimerach jest słaby. Natomiast silnym efektem piezoelektrycznym cechuje się wyłącznie polifluorek winylidenu (PVDF), a także jego kopolimery,np. z trifluoroetylenem (TrFE) lub tetrafluoroetylenem (TeFE).

Kompozyt ceramika- polimer

• Rozwiązaniem, które zmniejszy niekorzystnych właściwości ceramicznych materiałów piezoelektrycznych jest połączenie tych materiałów z polimerami. Dzięki zastosowaniu bazy polimerowej otrzymuje się kompozyt o większej odporności na kruche pękanie w stosunku do ceramicznych materiałów piezoelektrycznych, zmniejszonej gęstości, i co najważniejsze o obniżonej stałej dielektrycznej.

Właściwości kompozytu ceramika- polimer

• Właściwości elektryczne i mechaniczne kompozytów ceramika-polimer są uzależnione przede wszystkim od udziału obu jego składników, od właściwości każdego z nich, jak również od sposobu powiązania (adhezji) ceramiki i polimeru.

Właściwości kompozytu ceramika- polimer

• Duży wkład fazy polimerowej stanowiącej osnowę i bardzo dobrze rozdrobniona ceramika sprawiają, że kompozyty te doskonale nadają się do przetwarzania sygnałów ultradźwiękowych w wodzie. Struktura kompozytu ceramik-polimer daje możliwość przepływu fal ultradźwiękowych z polimeru do ceramiki.

Zastosowanie kompozytu ceramika- polimer

• Piezoelektryczne kompozyty ceramiczno-polimerowe stosuje się jako ultradźwiękowe przetworniki dla urządzeń hydrolokacyjnych w marynarce, w medycznych systemach diagnostycznych (np. ultrasonografii) ultrasonografie nieniszczących badaniach materiałów.

Sprawdź swoją wiedzę

• file:///C:/Users/Justynka/Documents/My%20Quiz/Projects/Materia%C5%82y%20piezoelektryczne/quiz.html