Tel: (+86) -0536-7685121  O email :sales@pztceramics.com
Casa » Notícia » O que é material compósito piezoelétrico?

Categoria de Produto

O que é material compósito piezoelétrico?

Número Browse:40     Autor:editor do site     Publicar Time: 2023-09-06      Origem:alimentado


Definição e princípios básicos do material compósito piezoelétrico



O material compósito piezoelétrico é um material composto composto por cristais piezoelétricos e materiais não piezoelétricos, que possuem excelentes propriedades piezoelétricas e mecânicas.

Material compósito piezoelétrico

Material compósito piezoelétrico

O efeito piezoelétrico refere -se ao fenômeno de que certos cristais gerarão a separação de carga e a diferença de potencial quando forem submetidos a um campo de pressão externa ou elétrico. Usando esse efeito, a energia mecânica pode ser convertida em energia elétrica ou energia elétrica pode ser convertida em energia mecânica. O princípio básico dos materiais compósitos piezoelétricos é que, ao combinar cristais piezoelétricos e materiais não piezoelétricos, o efeito piezoelétrico é aprimorado e possui aplicações mais amplas.

O objetivo do projeto dos compósitos piezoelétricos é melhorar suas propriedades mecânicas, como resistência, resistência e resistência à fadiga, mantendo as propriedades piezoelétricas. Esse material composto é geralmente composto por dois ou mais materiais, um dos quais é um material de cristal piezoelétrico, como PZT (titanato de zirconato de bário de chumbo), PZN (zirconato de sódio de chumbo), etc.; O outro é um material não piezoelétrico, como polímeros, cerâmica, metais etc.

Os métodos de preparação de materiais compósitos piezoelétricos incluem reação de estado sólido, método sol-gel, preenchimento de pó de cerâmica piezoelétrica, etc. Através desses métodos, a distribuição uniforme e a integração estreita de cristais piezoelétricos e materiais não piezoelétricos podem ser alcançados, melhorando o desempenho geral do material do material.

Os compósitos piezoelétricos são usados ​​em uma ampla gama de aplicações, como sensores, atuadores, dispositivos de ondas acústicas e acústicas e colheita e armazenamento de energia. Ajustando a razão e o projeto estrutural de cristais piezoelétricos e materiais não piezoelétricos no material compósito, diferentes propriedades piezoelétricas e propriedades mecânicas podem ser alcançadas para atender a diferentes requisitos de aplicação.

O material compósito piezoelétrico consiste em dois componentes principais: cerâmica piezoelétrica e uma matriz polimérica. A cerâmica piezoelétrica são materiais de cerâmica especiais que exibem o efeito piezoelétrico, ou seja, a capacidade de separar cargas quando o estresse mecânico ou um campo elétrico é aplicado. Os materiais cerâmicos piezoelétricos comumente usados ​​são titanato de zirconato de bário chumbo (PZT) e óxido de chumbo de bário (PBB). Uma matriz polimérica é um material de polímero usado para preencher e suportar partículas de cerâmica piezoelétrica. Os materiais poliméricos comumente usados ​​são poliuretano e poliimida.

As propriedades piezoelétricas especiais dos compósitos piezoelétricos resultam da interação entre a cerâmica piezoelétrica e a matriz polimérica. Quando uma tensão mecânica ou um campo elétrico é aplicado, as partículas piezocerâmicas se deformam ligeiramente, causando separação de carga. Essa separação de carga pode ser colhida e utilizada para aplicações como sensores, atuadores, colheita de energia e geração de energia.

Os compósitos piezoelétricos têm muitas vantagens, incluindo alta sensibilidade, saída de alta tensão, faixa de resposta de frequência ampla e boa durabilidade. Além disso, devido à flexibilidade e plasticidade da matriz polimérica, os compósitos piezoelétricos também podem realizar uma variedade de formas e modos de deformação, como flexão, alongamento e extrusão, expandindo seus campos de aplicação.


Campos de aplicação de material compósito piezoelétrico



1. Sensor acústico: o material compósito piezoelétrico pode converter o sinal acústico em sinal elétrico, por isso é amplamente utilizado no campo do sensor acústico. Por exemplo, o material compósito piezoelétrico pode ser usado para criar sensores ultrassônicos para detecção e imagem ultrassônica no campo médico.

Transdutor de material compósito ultrassônico

Transdutor de material compósito ultrassônico

2. Chefura de energia de vibração: o material composto piezoelétrico pode ser convertido em energia elétrica através da vibração mecânica e usada para colher energia de vibração no ambiente. Essa tecnologia de colheita de energia é amplamente utilizada em redes de sensores sem fio, dispositivos da Internet das Coisas, etc., para poder e prolongar a vida útil dos dispositivos.

3. Sensores de pressão: O material compósito piezoelétrico pode ser convertido em sinais elétricos, medindo as alterações de pressão às quais estão submetidos. Isso os torna amplamente utilizados no campo dos sensores de pressão, por exemplo, em automação industrial, engenharia automotiva e equipamentos médicos para medir as alterações de pressão.

4. Controle de vibração: o material compósito piezoelétrico pode ser usado em sistemas de controle de vibração, como controle de vibração estrutural e sistemas de redução de vibração adaptativa no campo aeroespacial. O controle efetivo da vibração pode ser alcançado aplicando um campo elétrico para controlar a forma e as propriedades mecânicas do material compósito piezoelétrico.

Sonar de evitação de colisão

Sonar de evitação de colisão

5. Transmissão de energia e geração de energia: o material composto piezoelétrico pode ser usado para transmissão de energia e geração de energia. Por exemplo, usando seu efeito piezoelétrico, a energia elétrica é gerada sob tensão mecânica, realizando assim a transmissão de energia e a geração de energia. Essa tecnologia pode ser aplicada em áreas como estruturas inteligentes, colheita de energia e muito mais.

Os materiais compósitos piezoelétricos oferecem várias vantagens sobre outros materiais em várias aplicações devido à sua combinação exclusiva de propriedades. No entanto, eles também têm certas limitações que precisam ser consideradas. Vamos explorar as vantagens e as limitações potenciais dos materiais compósitos piezoelétricos:


Recursos de material compósito piezoelétrico



Vantagens do material compósito piezoelétrico:

Desempenho aprimorado: os materiais compósitos piezoelétricos podem ser projetados para exibir propriedades piezoelétricas superiores em comparação com materiais piezoelétricos monofásicos. Esse desempenho aprimorado inclui coeficientes piezoelétricos mais altos, o que leva a uma melhor conversão de energia mecânica em energia elétrica e vice -versa.

Propriedades personalizadas: os compósitos piezoelétricos permitem a personalização das propriedades ajustando a composição, geometria e arranjo de fases constituintes. Essa flexibilidade permite que os engenheiros projetem materiais que atendam aos requisitos de aplicação específicos, como resposta de frequência, sensibilidade e estabilidade da temperatura.

Flexibilidade mecânica: Ao contrário de algumas cerâmicas piezoelétricas tradicionais que são quebradiças e propensas a rachaduras sob estresse mecânico, os compósitos piezoelétricos podem ser projetados para serem mais flexíveis mecanicamente. Isso é particularmente vantajoso em aplicações em que o material precisa passar por flexão ou alongamento sem comprometer seu desempenho piezoelétrico.

Faixa de frequência ampla: os compósitos piezoelétricos podem ser projetados para operar com eficiência em uma ampla faixa de frequência. Essa versatilidade os torna adequados para várias aplicações que variam de atuadores de alta frequência a colheitadeiras de energia de baixa frequência.

Impedância acústica reduzida: em aplicações de imagem médica e sonar, os compósitos piezoelétricos podem ser otimizados para ter menor impedância acústica, permitindo uma melhor correspondência acústica com o meio circundante. Isso resulta em melhoria transmissão e recepção de energia.

Limitações do material compósito piezoelétrico:

Fabricação complexa: fabricar compósitos piezoelétricos com arranjos precisos de fases constituintes pode ser desafiador e caro. O processo de fabricação requer controle cuidadoso das técnicas de deposição de materiais, alinhamento e ligação para alcançar as propriedades desejadas.

Composições entre propriedades: projetar compósitos piezoelétricos geralmente envolve trade-offs entre várias propriedades. Por exemplo, melhorar um aspecto, como o coeficiente piezoelétrico, pode ter o custo de força mecânica reduzida ou maior suscetibilidade a flutuações de temperatura.

Anisotropia e sensibilidade direcional: os compósitos piezoelétricos podem exibir comportamento anisotrópico, o que significa que suas propriedades podem variar dependendo da direção da medição ou aplicação do estresse. Essa sensibilidade direcional pode complicar a caracterização do material e o design do dispositivo.

Estabilidade de temperatura limitada: algumas formulações de compósito piezoelétrico podem ter estabilidade limitada em altas temperaturas. Temperaturas elevadas podem levar a mudanças nas propriedades do material, afetando seu desempenho e longevidade.

Custo e disponibilidade: Dependendo do processo específico de composição e fabricação, os compósitos piezoelétricos podem ser mais caros para produzir em comparação com a cerâmica piezoelétrica tradicional. Além disso, nem todas as variações de compósitos piezoelétricos podem estar prontamente disponíveis no mercado.

Em conclusão, os materiais compósitos piezoelétricos oferecem uma gama de vantagens, incluindo desempenho aprimorado, propriedades personalizadas e flexibilidade mecânica. No entanto, eles também vêm com desafios relacionados à complexidade da fabricação, compensações entre propriedades e sensibilidade direcional. É necessária uma consideração cuidadosa desses fatores ao selecionar compósitos piezoelétricos para aplicações específicas.


bottom_logo
CONTATE-NOS
ADICIONAR: Cidade de Meicun, distrito de Fangzi, cidade de Weifang, província de Shandong, China.
 Tel: (+86) -0536-7685121
 Fax: (+ 86) -0536-7685988
 Celular: 86-15165670777
 Local na rede Internet :http://www.pztceramics.com
 O EMAIL :sales@pztceramics.com
 O EMAIL :violet.shan@pztceramics.com
SEND US A MESSAGE
Copyright 2015 Weifang Jude Electronic Co. Ltd. Todos os Direitos Reservados.Mapa do site
Google Tradutor:alemão |  espanhol | francês |  japonês | russo