石英晶振使用的压电材料类型

凭借其从设备未使用的振动产生电力的惊人特性,压电材料正在成为革命性的动力收割机.由于对这些材料的研究,今天有各种各样的压电材料可供选择.不同的规格表征了这些材料.但是,如何根据我们的要求选择材料?要找什么?压电材料有哪些类型?在本文中,我们将研究不同类型的压电材料及其特性.该文章描述了在为产品选择压电材料时要寻找的五个基本优点.

压电材料的类型

不同类型的压电材料包括以下.

压电材料的类型

1).自然存在

这些晶体是具有非中心对称晶格的各向异性电介质.石英,罗谢尔盐,黄玉,电气石等矿物质,以及丝绸,木材,珐琅,骨头,头发,橡胶,牙本质等有机物质都属于这一类.

2).人造合成材料

具有铁电性质的材料用于制备压电材料.人造材料分为五大类-石英类似物,陶瓷,聚合物,复合材料和薄膜.

●聚合物:聚偏二氟乙烯,PVDF或PVF2.

●复合材料:压电复合材料是升级piezopolymers.它们可以是两种类型:

压电聚合物,其中压电材料浸入电无源矩阵中.

通过使用两种不同的陶瓷实例BaTiO3纤维增强PZT基质制成的压电复合材料.

●具有钙钛矿晶体结构的人造压电材料:钛酸钡,钛酸铅,锆钛酸铅(PZT),铌酸钾,铌酸锂,钽酸锂和其他无铅压电陶瓷.

不同压电材料的性质

不同压电材料的性质包括以下.

石英

●石英是最受欢迎的单晶压电材料.根据体波传播的切割和方向,单晶材料表现出不同的材料特性.石英振荡器在AT切割的厚度剪切模式下操作的用于计算机,电视和录像机.

●在SAW器件中,使用具有X传播的ST切割石英.石英具有极高的机械品质因数QM>105.

铌酸锂和钽酸锂

●这些材料由氧八面体组成.

●这些材料的居里温度为1210和6600c分别.

●这些材料对表面声波具有高机电耦合系数.

钛酸钡

●具有诸如Pb或Ca离子的掺杂剂的这些材料可以稳定四方相在更宽的温度范围内.

●这些最初用于Langevin型压电振动器.

PZT

●用供体离子如Nb5+或Tr5+掺杂PZT可提供类似PZT-5的软PZT.

●用受体离子如Fe3+或Sc3+掺杂PZT可提供类似PZT-8的硬质PZT.

钛酸铅陶瓷

●由于极低的平面耦合,这些可以产生清晰的超声成像.

●最近,对于超声换能器和机电致动器,正在开发具有准同型相界(MPB)的单晶弛豫铁电体.

压电聚合物

压电聚合物具有一定的共同特征

●小的压电d常数使其成为执行器的理想选择.

●大g常数使其成为传感器的理想选择.

●由于重量轻,弹性柔软,这些材料具有良好的声学阻抗,与水或人体相匹配.

●QM低,谐振带宽宽.

●这些材料高度选择定向麦克风和超声波水听器.

压电复合材料

●由压电陶瓷和聚合物相组成的压电复合材料形成优异的压电材料

●高耦合系数,低声阻抗,机械灵活性是这些材料的特征.

●这些材料特别用于水下声纳和医疗诊断超声换能器应用.

薄膜

对于体声和表面声波器件,ZnO的薄膜由于存在大的压电耦合而被广泛使用.

哪种压电材料最好?

压电材料的选择基于我们的应用要求.可以轻松满足我们要求的材料可以被认为是最好的.选择压电材料时需要考虑几个因素.

压电的五个重要优点是

1.机电耦合系数k

k2=(存储的机械能/输入电能)或

k2=(存储的电能/输入机械能)

2.压电应变常数d

描述了诱导应变x的大小与电场E的关系,即x=dE

3.压电电压常数g

g定义外部应力X和感应电场E之间的关系为E=gX

使用关系式P=dX,我们可以说明g=d/ε0.ε.其中ε=介电常数.

4.机械品质因数QM

该参数表征机电共振系统的锐度.

QM=ω0/2ω.

5.声阻抗Z.

该参数评估两种材料之间的声能传递.这被定义为

Z2=(压力/体积速度).

在固体材料中Z=√ρ.√?其中ρ是密度,ζ是材料的弹性刚度.

压电特性表

与陶瓷相比,聚合物具有低压电常数.

当施加相同量的电压时,陶瓷基材料的形状变化大于聚合物基材料的形状变化.

PVDF的压电电压系数使其成为传感器应用的更好材料.

由于较大的机电耦合系数,PZT用于必须将机械应力转换为电能的应用中.

选择用于在机械共振下工作的应用的压电材料的三个参数是机械品质因数,机电耦合因子和介电常数.这些参数的大小越高,应用材料越好.

具有大压电应变系数,大的非滞后应变水平的材料对于致动器是最佳的.

具有高机电耦合系数和高介电常数的材料最适合作为传感器.

低介电损耗对于用于非共振频率应用的材料很重要,这些应用会产生低热量.

基于这些物理,材料,机电特性,我们可以很容易地区分压电材料.这些特性有助于我们为我们的应用选择最佳的压电材料.您使用了哪种材料用于您的应用?现有材料需要进行哪些修改才能克服其局限性?