Jedro piezoelektrične tehnologije temelji naPiezoelektrični učinek, ki se nanaša na pojav, kjer nekateri kristali (na primer kremen, piezoelektrična keramika, PVDF itd.
Pozitiven piezoelektrični učinek (mehanska energija → električna energija)
Ko je kristal podvržen mehanskim napetosti, kot sta tlak in napetost, se na površini ustvarijo notranja porazdelitev naboja in enaka količina nasprotnih oštevilčenih nabojev, kar tvori potencialno razliko . na primer, ko tapnete piezoelektrični keramični list, bo na obeh koncih ustvarjen šibek tok .
Povratni piezoelektrični učinek (električna energija → mehanska energija)
When an electric field is applied at both ends of a crystal, its lattice structure undergoes reversible deformation (elongation or contraction), and the℃of deformation is proportional to the strength of the electric field. For example, applying an alternating voltage to piezoelectric ceramics will generate high-frequency vibrations.
1. polja aplikacijske tehnologije piezoelektrične tehnologije
(1) Natančni pogon in pozicioniranje (inverzni piezoelektrični učinek)
①Piezoelektrični motor: Uporaba visokofrekvenčnih vibracij piezoelektričnih materialov za pogon vrtenja rotorja, ima značilnosti hitrega odziva, visoke natančnosti in brez elektromagnetnih motenj . Na splošno se uporablja za nadzor nad natančnostjo litografskih strojev in polprevodnikov proizvodnikov
②Piezoelektrična platforma za nanopozicijo: Doseganje natančnosti premika nanometra (ali celo sub nanometra) z obratnim piezoelektričnim učinkom, ki se uporablja za vrhunsko znanstveno raziskovalno opremo, kot sta skeniranje mikroskopije (STM) in mikroskopija Atomske sile (AFM) .
③Piezoelektrična nihajna tabela/rotacijska tabela: Kot smo že omenili, se izdelki XINMEI uporabljajo za lasersko optično nastavitev poti, poravnavo polprevodniških rezin, kalibracijo optičnih komponent in drugi scenariji za doseganje natančnega nadzora kota na mikro kotni ravni .
(2) Senzorji in nabiranje energije (pozitiven piezoelektrični učinek)
Senzor stiskanja/vibracije: Piezoelektrični materiali lahko pretvorijo mehanske vibracije ali tlak v električne signale za spremljanje vibracij mostu, diagnozo napak motorja, monitorje krvnega tlaka itd. Učinek .
②Piezoelektrična kombajna z energijo: pretvori vibracijsko energijo v okolju (kot so vožnja z avtomobilom, koraki, mehansko delovanje) v električno energijo, kar zagotavlja moč za naprave z nizko močjo, kot so senzorji IoT in brezžični čipi
(3) Akustično in ultrazvočno polje
①ultrasonični pretvornik: uporablja obratni piezoelektrični učinek za ustvarjanje visokofrekvenčnih ultrazvočnih valov za medicinsko ultrazvočno slikanje (B-ultrazvok), industrijsko nedestruktivno testiranje (odkrivanje notranjih razpok v kovinah) in ultrasonično čiščenje (čiščenje natančnosti s kavitacijskim učinkom) {3}
②Piezoelektrični zvočnik/mikrofon: zvočnik proizvaja zvok z vibriranjem piezoelektričnih materialov, medtem ko mikrofon ustvarja električne signale s stiskanjem piezoelektričnih materialov z zvočnimi valovi . se običajno uporablja v majhnih zvočnih napravah, kot so sluh in slušalke.
(4) Medicinska in biotehnologija
①Piezoelektrični mikrofluidični čip: Uporablja se za biološke poskuse, kot sta presejanje zdravil in ločevanje celic z nadzorovanjem pretoka tekočine v mikrokanalih skozi piezoelektrične vibracije .
②Piezoelektrični kirurški instrumenti, kot so piezoelektrične kostne žage, uporabljajo visokofrekvenčne vibracije, da dosežejo natančno rezanje in zmanjšajo poškodbe tkiva, zaradi česar so primerni za minimalno invazivne ortopedske kirurgije .
(5) Potrošniška elektronika in pametne naprave
①Mobile Telefon vibracijski motor: Nekateri mobilni telefoni višjega cenovnega razreda uporabljajo piezoelektrične vibratorje, ki imajo značilnosti hitrejšega odziva in bolj občutljiv način vibracij v primerjavi s tradicionalnimi ekscentričnimi kolesnimi motorji (na primer taptični motor iPhone) .
② FINGERPRING PRIMERJENJE MODUL: Piezoelektrični senzorji prstnih odtisov prepoznavajo vzorce prstnih odtisov s spremembami naboja, ki jih povzročajo tlak, ki imajo prednosti proti onesnaževanju in visoko natančnost prepoznavanja .
2. Tipični primeri aplikacij
(1) Polprevodniška proizvodnja: V litografskih strojih se piezoelektrične nanoplatforme uporabljajo za nadzor natančnega gibanja litografskih leč, kar zagotavlja natančnost izpostavljenosti nanometrskim vzorcem .
(2) Nova energetska vozila: Piezoelektrični senzorji se uporabljajo za spremljanje vibracij in tlaka baterijskih paketov, pri čemer zagotavljajo varnost baterije; Piezoelektrični kombajn z energijo lahko pretvori energijo vibracij v pnevmatikah v električno energijo v napajanje elektronskih naprav na krovu .
(3) Aerospace: Piezoelektrični materiali se uporabljajo za proizvodnjo zelo zanesljivih tlačnih senzorjev, ki spremljajo spremembe zračnega tlaka in temperature znotraj zrakoplovov .
3. Tehnološke prednosti in izzivi
(1) Prednosti: Hitrost odziva (raven nanosekund), visoka natančnost (nanometer/mikro kota druga stopnja), kompaktna struktura, brez elektromagnetnih motenj, primernih za ekstremna okolja, kot sta visoka temperatura in vakuum .
(2) Izziv: nizka izhodna sila (ki zahteva mehanizem ojačanja), visoka gonilna napetost (običajno več deset do sto voltov), potencialne težave s staranjem utrujenosti med dolgotrajno uporabo, ki jih je treba izboljšati z optimizacijo materiala (kot je svinčeno cirkonat titanat piezoelektrični keramični pzt) in oblikovanje vezja .
Piezoelektrična tehnologija s svojimi edinstvenimi značilnostmi "elektromehanske sklopke" sega od tradicionalnih polj do vrhunskih smeri, kot so inteligentna proizvodnja, kvantna tehnologija in biomedicina, ki postane ena od temeljnih nosilcev tehnologije mikro nano .
