Jádro piezoelektrické technologie je založeno naPiezoelektrický účinek, který se vztahuje na jev, kde některé krystaly (jako je křemen, piezoelektrická keramika, PVDF atd.) Generují náboje při mechanickém napětí nebo podléhají deformaci působením elektrického pole. Lze jej konkrétně rozdělit na dva typy efektů:
Pozitivní piezoelektrický účinek (mechanická energie → Elektrická energie)
Když je krystal podroben mechanickému napětí, jako je tlak a napětí, změny jeho vnitřního rozložení náboje a na povrchu se generují stejné množství opačných očíslovaných nábojů, což vytváří potenciální rozdíl. Například při klepání na piezoelektrický keramický list bude na obou koncích generován slabý proud.
Reverzní piezoelektrický účinek (elektrická energie → Mechanická energie)
Když je na obou koncích krystalu aplikováno elektrické pole, jeho struktura mřížky podléhá reverzibilní deformaci (prodloužení nebo kontrakce) a stupeň deformace je úměrný síle elektrického pole. Například použití střídavého napětí na piezoelektrickou keramiku bude generovat vysokofrekvenční vibrace.
1. Application pole piezoelektrické technologie
(1) Precision Drive and Umising (inverzní piezoelektrický efekt)
①Piezoelektrický motor: Použití vysokofrekvenčních vibrací piezoelektrických materiálů pro řízení rotace rotoru má vlastnosti rychlé odezvy, vysoké přesnosti a žádné elektromagnetické rušení. Běžně se používá pro přesné řízení přemístění litografických strojů a výrobních zařízení polovodičů.
Platforma ②piezoelektrické nanopozice: Dosažení přesnosti nanometru (nebo dokonce sub nanometru) prostřednictvím inverzního piezoelektrického účinku, aplikované na špičkové vědecké výzkumné zařízení, jako je skenovací tunelová mikroskopie (STM) a mikroskopie atomové síly (AFM).
③PieZoelectric Swing Table\/Rotary Table: Jak již bylo zmíněno, produkty Xinmei se používají pro nastavení laserové optické cesty, zarovnání optické oplatky, kalibraci úhlu optické komponenty a další scénáře, aby se dosáhlo přesného ovládání úhlu v druhé úrovni úhlu.
(2) Senzory a sběr energie (pozitivní piezoelektrický účinek)
① Pressure\/Vibration Sensor: Piezoelektrické materiály mohou přeměnit mechanické vibrace nebo tlak na elektrické signály pro monitorování vibrací můstku, diagnostiku poruchy motoru, monitory krevního tlaku atd. Například piezoelektrická keramika v zapalovači zapalovačí elektrické jiskry, což okamžitě uvolňuje elektrickou elektřinu pomocí pozitivního koláče.
② Ciezoelectric Energy Harvester: Převádí vibrační energii v prostředí (jako je řízení automobilů, stopy, mechanický provoz) na elektrickou energii, poskytující energii pro nízkoenergetické zařízení, jako jsou senzory IoT a bezdrátové čipy, a dosažení „samopokojování“.
(3) Akustika a ultrazvukové pole
Ultrasonický převodník: Používá inverzní piezoelektrický účinek k vytvoření vysokofrekvenčních ultrazvukových vln pro lékařské ultrazvukové zobrazování (B-ultrasound), průmyslové nedestruktivní testování (detekce vnitřních trhlin v kovech) a ultrazvukové čištění prostřednictvím kavitačního efektu).
②Piezoelektrický reproduktor\/mikrofon: Reproduktor produkuje zvuk vibrací piezoelektrických materiálů, zatímco mikrofon generuje elektrické signály komprimováním piezoelektrických materiálů zvukovými vlnami. Běžně se používá v malých zvukových zařízeních, jako jsou sluchadla a sluchátka.
(4) Lékařská a biotechnologie
①Piezoelektrický mikrofluidní čip: Používá se pro biologické experimenty, jako je screening léčiva a separace buněk kontrolou toku kapaliny v mikrokanálech pomocí piezoelektrických vibrací.
②Piezoelektrické chirurgické nástroje, jako jsou piezoelektrické kostní pily, používají vysokofrekvenční vibrace k dosažení přesného řezání a snížení poškození tkáně, což je vhodný pro minimálně invazivní ortopedickou chirurgii.
(5) spotřební elektronika a inteligentní zařízení
Vibrační motor telefonumobile: Některé špičkové mobilní telefony používají piezoelektrické vibrátory, které mají vlastnosti rychlejší odezvy a jemnější vibrační režim ve srovnání s tradičními excentrickými motory kol (jako je například Taptický motor iPhone).
Modul rozpoznávacího moduluFingerPrintu: Piezoelektrické senzory otisků prstů rozpoznávají vzorce otisků prstů prostřednictvím změn náboje způsobené tlakem, který má výhody proti znečištění a přesnost rozpoznávání.
2. Typické případy aplikace
(1) Výroba polovodičů: V litografických strojích se piezoelektrické nanoplatformy používají k kontrole přesného pohybu litografických čoček, což zajišťuje přesnost expozice nanometrů vzorů čipů.
(2) Nová energetická vozidla: Piezoelektrické senzory se používají ke sledování vibrací a tlaku baterií, což zajišťuje bezpečnost baterie; Celoelektrická energetická kombajna může převést energii vibrací pneumatik na elektrickou energii k napájení na palubě elektronických zařízení.
(3) Aerospace: Piezoelektrické materiály se používají k výrobě vysoce spolehlivých tlakových senzorů, které monitorují změny tlaku a teploty vzduchu uvnitř letadlových motorů.
3.technologické výhody a výzvy
(1) Výhody: rychlá rychlost odezvy (úroveň nanosekundy), vysoká přesnost (druhá úroveň nanometru\/mikro úhlu), kompaktní struktura, žádné elektromagnetické rušení, vhodné pro extrémní prostředí, jako je vysoká teplota a vakuum.
(2) Výzva: nízká výstupní síla (vyžadující amplifikační mechanismus), vysoké hnací napětí (obvykle desítky až stovky voltů), potenciální problémy se stárnutím únavy během dlouhodobého používání, které je třeba zlepšit pomocí optimalizace materiálu (jako je například olovnaté titanátové piezoelektrické keramické PZT).
Piezoelektrická technologie se svými jedinečnými vlastnostmi „elektromechanické vazby“ se rozprostírá od tradičních polí až po špičkové směry, jako je inteligentní výroba, kvantová technologie a biomedicína a stává se jednou z hlavních podpor technologie mikro nano.
