Anwendung von Bleizirkonat -Titanat (PZT), die für piezoelektrische Aktuator verwendet werden

1. Einleitung

Intelligente Materialien umfassen Sensormaterial und Fahrmaterial. Wahrnehmungsmaterialien sind eine Klasse von Materialien, die eine Erfassungsfunktion für äußere oder innere Spannung, Dehnung, Wärme, Licht, Strom, Magnetismus, strahlende Energie und chemische Mengen haben. Sie können verwendet werden, um verschiedene Sensorgeräte herzustellen. Materialien, die auf Umgebungsbedingungen oder interne Änderungen reagieren und Aktionen ausführen, mit denen verschiedene Antriebsgeräte erstellt werden können. Das intelligente Gerät ist ein Piezo -Aktuator mit einer Erfassungsantriebsfunktion aus intelligenten Materialien. Die intelligente Struktur besteht aus Materialien und Geräten. Es integriert Erfassungs-, Signalverarbeitung, Steuerung und Fahrt in ein Materialsystem oder ein Struktursystem. Es kann die Umgebung oder interne Parameter, Prozessinformationen, Ausgabenbefehle, Ausführen und vollständige Aktionen erfassen. Um die Selbstdiagnose, Selbstheilung und adaptive Funktionen zu erreichen. Die Anwendung intelligenter materieller Systeme und Strukturen ist nicht nur in Verteidigungswaffen wie Flugzeugen, Kriegsschiffen usw., sondern auch in strategisch wichtigen Bereichen der Volkswirtschaft, insbesondere in High-Tech-Bereichen, sehr umfangreich. Die wichtigsten Materialien, die derzeit intelligente Materialsysteme und -strukturen vervollständigen, sind Formgedächtnismaterialien, piezoelektrische Materialien (einschließlich piezoelektrischer Keramik, piezoelektrische Polymere), elektrostriktive Materialien, optische Fasern und elektrorheologische Varianten, Magnetorheologische Varianten und dergleichen. Die Verwendung dieser intelligenten Materialien in Kombination mit cleverem und ausgefeiltem zusammengesetzten Design und Herstellung, was zu einem Materialsystem und einer Struktur führt, die angetrieben, erfasst und kontrolliert wird.

Piezoelektrische Materialien sind eine große Klasse von Materialien in intelligenten Materialsystemen und -strukturen. Ein dielektrischer Kristall vonpiezoelektrischer Keramikwandlermit einem piezoelektrischen Effekt wird polarisiert und bilden eine Oberflächenladung unter mechanischer Spannung. Wenn ein solcher dielektrischer Kristall in ein elektrisches Feld platziert wird, führt die Wirkung des elektrischen Feldes zu einer relativen Verschiebung der positiven und negativen Ladungszentren innerhalb des Dielektrikums, um Verformungen zu verursachen. . Da das piezoelektrische Material die obigen Eigenschaften aufweist, kann die Gleichmäßigkeit des Erfassungspiezoelements und des Aktionselements erreicht werden. Piezoelektrische Materialien können häufig in intelligenten Materialien und Strukturen verwendet werden, insbesondere für Selbstdiagnose, Selbstanpassung, Vibrationsreduzierung und Rauschkontrolle. Die Arten von piezoelektrischen Materialien, einschließlich Einkristall, polykristallinem, mikrokristallinem Glas, organischen Polymeren und Verbundwerkstoffen. Seit den 1980er Jahren, mit dem Ende des Höhepunkts von piezoelektrischen Keramikmaterialien von der Entwicklung binärer Systeme bis hin zu ternären und mehrkomponenten Systemen, waren die Forschung zu piezoelektrischen Materialien langsam. Mit der rasanten Entwicklung von Wissenschaft und Technologie hat die Entwicklung und Erforschung der Nachfrage nach Anwendung die Forschung piezoelektrischer Materialien mit neuen Impuls gegeben. Zusammen mit den unablässigen Bemühungen von Wissenschafts- und Technologiearbeitern in der Verbesserung der Grundlagenforschung und des Produktionsprozesses war die neue Art des Drucks im letzten Jahrzehnt statt. Das kontinuierliche Auftreten elektrischer Materialien hat die Erforschung von piezoelektrischen Materialien durchgeführt.

2 Überblick über piezoelektrische Materialien

In dempiezoelektrische KeramikkristallDie Asymmetrie der Anordnung der positiven und negativen Ionen und die Nichtkosten des Schwerpunkts der positiven und negativen Ladungen der Einheit bilden ein elektrisches Dipolmoment. Diese elektrischen Dipolmomente sind in eine bestimmte Richtung ausgerichtet, um eine Domänenstruktur zu werden, und die Domänen sind am Kristall gestört. Die Polarisationseffekte lassen sich gegenseitig ab, die Polarisation im Material ist Null und die Polarisationsrichtung der vom DC Electric Field polarisierten Domäne ist in der gleichen Richtung. Wenn eine externe Kraft auf das piezoelektrische Material wirkt, um Verformung zu verursachen, ist das Material positiv und negativ gebunden. Die Ladung wird kleiner und die Polarisationsintensität wird ebenfalls kleiner. Die ursprünglich an der Elektrode adsorbierte freie Ladung ist teilweise freigesetzt, und das Entladungsphänomen tritt auf, was als positiver piezoelektrischer Effekt bezeichnet wird. Auf die beiden Pole des piezoelektrischen Materials wird ein bestimmtes elektrisches Feld intensität angewendet, und der On-Chip ist der positive und negative Ladungsabstand, der größer wird, die Polarisationsintensität wird auch größer und einige freie Ladungen werden an den Elektroden adsorbiert, um Ladungen zu verursachen Phänomen. Die elektrische Ladung bewegt sich extern in der Schaltung auf die mechanische Energie, die auf den inversen piezoelektrischen Effekt aufgerufen wird.

2.3 Vorbereitungsmethode des piezoelektrischen Materials

Für verschiedene piezoelektrische Materialien wird eine geeignete Vorbereitungsmethode gemäß ihrer Anwendung ausgewählt, Eigenschaften. Das Präparationsmethode ist in ein Festphasenmethode, eine Flüssigphasenmethode und eine Gasphasenmethode gemäß der Phase der Phase unterteilt, die während der Herstellung auftritt.

2.3.1 Festphasenmethode

Wenn PZT -Piezo nach der herkömmlichen Festphasenmethode hergestellt wird, verursacht die Sintertemperatur über 1200 ° C die Verflüchtigung von PBO. Es ist schwierig, das stöchiometrische Verhältnis zu steuern, wodurch die Mikrostruktur und die elektrischen Eigenschaften des Materials schwer zu kontrollieren sind. Es ist für Rohstoffe, einfache Prozesse und piezoelektrische Materialien geeignet. Wo die Leistungsanforderungen nicht hoch sind.

2.3.2 Flüssigphasenmethode

Die Herstellung von piezoelektrischen Materialien nach flüssiger Phasenmethode ist derzeit das am häufigsten verwendete Verfahren, einschließlich der Coprecipitation-Methode, der hydrothermalen Synthesemethode, der Sol-Gel-Methode, der Alkoxidhydrolyseverfahren und dergleichen. Die Coprecipitation-Methode ermöglicht das Sintern mit niedrigem Temperatur, um ein piezoelektrisches Material mit einer höheren Dichte als die theoretische Dichte zu erhalten. Die Coprecipitation -Methode verwendete eine 700 -Grad -Temperatur programmierte Röstmethode, um Fledermaus -IO3 -Pulver mit einer Partikelgröße von 60 n m herzustellen. Die Forscher der Vereinigten Staaten verwendeten eine Coprecipitation-Methode in Kombination mit einem Freeze-Trocknungs-Prozess, um Nanogröße PZ T-Pulver bei 800 Grad zu synthetisieren. Sintern ergab ein Material mit einer theoretischen Dichte von 98%. In der Studie wurden N B2 O 5 und T A 2 O5 als Vorläufer -Reaktanten verwendet, und K t A B O3 -Keramikpulver wurden durch hydrothermale Methode und Lösungsmittel -Wärmemethode hergestellt. Die gesinterte piezoelektrische Keramik wurde untersucht. Der Kopplungskoeffizient erreicht 0,5, und der piezoelektrische Koeffizient D 33 liegt zwischen 150 ~ 450p C / N. Die hydrothermale Methode erfordert jedoch höhere Temperatur und Druck, und die Ausrüstungsinvestition ist groß, was die Anwendung der Methode begrenzt. Die Sol-Gel-Methode ist die am häufigsten verwendete Methode in der Flüssigphasenmethode. Hochleistungsfilme können durch Sol-Gel in Kombination mit verschiedenen Form- und Sinterprozessen hergestellt werden.

2.3. 3 Gasphasenmethode

Die Gasphasenmethode eignet sich für die Herstellung von piezoelektrischen Nanokaltrüchen, hauptsächlich physikalischer Dampfablagerung und chemischer Dampfabscheidung. Unter ihnen ist die Sputtermethode die am häufigsten verwendete Methode. Eine p t / t I -Bodenelektrode wurde auf dem SI 2 / S I -Substrat durch eine Zielsputtermethode abgelagert, und ein PZT -Film mit einer Dicke von etwa 800 mm wurde durch Spottering von Funkfrequenz (RF) hergestellt. Chemische Dampfablagerung kann die chemische Zusammensetzung des Reaktionsprodukts genau kontrollieren, und es ist zweckmäßig zu dopieren. Es ist jedoch schwierig, ein geeignetes Gasquellenmaterial zu erhalten, das nicht für kostengünstige, große Volumenvorbereitung eines Films geeignet ist. und wird praktisch weniger verwendet.