Görüntüleme sayısı:40 Yazar:Bu siteyi düzenle Gönderildi: 2023-09-06 Kaynak:Bu site
Piezoelektrik kompozit malzeme, piezoelektrik kristaller ve mükemmel piezoelektrik ve mekanik özelliklere sahip piezoelektrik olmayan malzemelerden oluşan kompozit bir malzemedir.
Piezoelektrik kompozit malzeme
Piezoelektrik etki, bazı kristallerin harici bir basınca veya elektrik alanına maruz kaldıklarında yük ayırma ve potansiyel fark yaratacağı fenomeni ifade eder. Bu etki kullanılarak, mekanik enerji elektrik enerjisine dönüştürülebilir veya elektrik enerjisi mekanik enerjiye dönüştürülebilir. Piezoelektrik kompozit malzemelerin temel prensibi, piezoelektrik kristalleri ve piezoelektrik olmayan malzemeleri birleştirerek piezoelektrik etkinin arttırılması ve daha geniş uygulamalara sahip olmasıdır.
Piezoelektrik kompozitlerin tasarım amacı, piezoelektrik özellikleri korurken güç, tokluk ve yorgunluk direnci gibi mekanik özelliklerini iyileştirmektir. Bu kompozit malzeme genellikle biri PZT (kurşun baryum zirkonat titanat), PZN (kurşun sodyum zirkonat), vb. Gibi bir piezoelektrik kristal malzeme olan iki veya daha fazla malzemeden oluşur; Diğeri, polimerler, seramikler, metaller vb. Gibi piezoelektrik olmayan bir malzemedir.
Piezoelektrik kompozit malzemelerin hazırlama yöntemleri arasında katı hal reaksiyonu, sol-jel yöntemi, piezoelektrik seramik tozunun doldurulması vb.
Piezoelektrik kompozitler sensörler, aktüatörler, akustik ve akustik dalga cihazları ve enerji toplama ve depolama gibi çok çeşitli uygulamalarda kullanılır. Kompozit malzemede piezoelektrik kristallerin ve piezoelektrik olmayan malzemelerin oranını ve yapısal tasarımını ayarlayarak, farklı uygulama gereksinimlerini karşılamak için farklı piezoelektrik özellikler ve mekanik özellikler elde edilebilir.
Piezoelektrik kompozit malzeme iki ana bileşenden oluşur: piezoelektrik seramik ve bir polimer matris. Piezoelektrik seramikler, piezoelektrik etkiyi sergileyen özel seramik malzemelerdir, yani mekanik stres veya bir elektrik alanı uygulandığında yükleri ayırma yeteneğidir. Yaygın olarak kullanılan piezoelektrik seramik malzemeler kurşun baryum zirkonat titanat (PZT) ve baryum kurşun oksittir (PBB). Bir polimer matrisi, piezoelektrik seramik parçacıkları doldurmak ve desteklemek için kullanılan bir polimer malzemedir. Yaygın olarak kullanılan polimer malzemeler poliüretan ve poliimiddir.
Piezoelektrik kompozitlerin özel piezoelektrik özellikleri, piezoelektrik seramik ve polimer matris arasındaki etkileşimden kaynaklanır. Mekanik bir stres veya bir elektrik alanı uygulandığında, piezoseramik parçacıklar hafifçe deforme olur ve yük ayrılmasına neden olur. Bu yük ayrımı hasat edilebilir ve sensörler, aktüatörler, enerji toplama ve enerji üretimi gibi uygulamalar için kullanılabilir.
Piezoelektrik kompozitlerin yüksek hassasiyet, yüksek voltaj çıkışı, geniş frekans tepki aralığı ve iyi dayanıklılık gibi birçok avantajı vardır. Ek olarak, polimer matrisinin esnekliği ve plastisitesi nedeniyle, piezoelektrik kompozitler, uygulama alanlarını genişleterek bükme, germe ve ekstrüzyon gibi çeşitli şekiller ve gerinim modları da gerçekleştirebilir.
1. Akustik sensör: Piezoelektrik kompozit malzeme akustik sinyali elektrik sinyaline dönüştürebilir, bu nedenle akustik sensör alanında yaygın olarak kullanılır. Örneğin, piezoelektrik kompozit malzeme, tıbbi alanda ultrasonik tespit ve görüntüleme için ultrasonik sensörler yapmak için kullanılabilir.
Ultrasonik kompozit malzeme dönüştürücü
2. Titreşim Enerji Hasat: Piezoelektrik kompozit malzeme, mekanik titreşim yoluyla elektrik enerjisine dönüştürülebilir ve çevredeki titreşim enerjisini hasat etmek için kullanılabilir. Bu enerji hasat teknolojisi, cihazların ömrünü güçlendirmek ve genişletmek için kablosuz sensör ağlarında, Nesnelerin İnterneti cihazlarında vb.
3. Basınç sensörleri: Piezoelektrik kompozit malzeme, maruz kaldıkları basınç değişikliklerini ölçerek elektrik sinyallerine dönüştürülebilir. Bu, onları basınç sensörleri alanında, örneğin endüstriyel otomasyon, otomotiv mühendisliği ve basınç değişikliklerini ölçmek için tıbbi ekipmanlarda yaygın olarak kullanılmasını sağlar.
4. Titreşim Kontrolü: Piezoelektrik kompozit malzeme, yapısal titreşim kontrolü ve havacılık alanındaki uyarlanabilir titreşim azaltma sistemleri gibi titreşim kontrol sistemlerinde kullanılabilir. Titreşimin etkili kontrolü, piezoelektrik kompozit malzemenin şeklini ve mekanik özelliklerini kontrol etmek için bir elektrik alanı uygulanarak elde edilebilir.
5. Enerji iletimi ve enerji üretimi: Piezoelektrik kompozit malzeme enerji iletimi ve enerji üretimi için kullanılabilir. Örneğin, piezoelektrik etkisi kullanarak elektrik enerjisi mekanik stres altında üretilir, böylece enerji iletimi ve enerji üretimi gerçekleştirilir. Bu teknoloji akıllı yapılar, enerji hasadı ve daha fazlası gibi alanlarda uygulanabilir.
Piezoelektrik kompozit malzemeler, benzersiz özellik kombinasyonları nedeniyle çeşitli uygulamalardaki diğer malzemelere göre çeşitli avantajlar sunar. Bununla birlikte, dikkate alınması gereken belirli sınırlamaları da vardır. Piezoelektrik kompozit malzemelerin hem avantajlarını hem de potansiyel sınırlamalarını keşfedelim:
Gelişmiş Performans: Piezoelektrik kompozit malzemeler, tek fazlı piezoelektrik malzemelere kıyasla üstün piezoelektrik özellikler sergilemek için tasarlanabilir. Bu gelişmiş performans, mekanik enerjinin elektrik enerjisine daha iyi dönüştürülmesine yol açan daha yüksek piezoelektrik katsayıları içerir.
Özel Özellikler: Piezoelektrik kompozitler, bileşen fazlarının bileşimini, geometrisini ve düzenlenmesini ayarlayarak özelliklerin özelleştirilmesine izin verir. Bu esneklik, mühendislerin frekans yanıtı, hassasiyet ve sıcaklık stabilitesi gibi belirli uygulama gereksinimlerini karşılayan malzemeler tasarlamalarını sağlar.
Mekanik esneklik: Mekanik stres altında kırılmaya ve çatlamaya eğilimli bazı geleneksel piezoelektrik seramiklerin aksine, piezoelektrik kompozitler daha mekanik olarak esnek olacak şekilde tasarlanabilir. Bu, malzemenin piezoelektrik performansından ödün vermeden bükülme veya esneme geçirmesi gereken uygulamalarda özellikle avantajlıdır.
Geniş frekans aralığı: Piezoelektrik kompozitler, geniş bir frekans aralığında verimli bir şekilde çalışacak şekilde tasarlanabilir. Bu çok yönlülük onları yüksek frekanslı aktüatörlerden düşük frekanslı enerji hasatçılarına kadar çeşitli uygulamalar için uygun hale getirir.
Azaltılmış akustik empedans: Tıbbi görüntüleme ve sonar uygulamalarında, piezoelektrik kompozitler daha düşük akustik empedansa sahip olacak şekilde optimize edilebilir ve çevreleyen ortamla daha iyi akustik eşleşmeye izin verir. Bu, enerji iletimi ve alımının iyileştirilmesi ile sonuçlanır.
Karmaşık imalat: kurucu fazların hassas düzenlemeleri ile piezoelektrik kompozitlerin imal edilmesi zor ve pahalı olabilir. Üretim süreci, istenen özelliklere ulaşmak için malzeme birikimi, hizalama ve bağlanma tekniklerinin dikkatli bir şekilde kontrol edilmesini gerektirir.
Mülkler arasındaki değiş tokuşlar: Piezoelektrik kompozitlerin tasarlanması genellikle çeşitli özellikler arasında değiş tokuşlar içerir. Örneğin, piezoelektrik katsayı gibi bir yönü geliştirmek, azaltılmış mekanik mukavemet veya sıcaklık dalgalanmalarına karşı artan duyarlılık pahasına olabilir.
Anizotropi ve yönlü duyarlılık: Piezoelektrik kompozitler anizotropik davranış sergileyebilir, yani özellikleri ölçüm veya stresin uygulanmasına bağlı olarak değişebilir. Bu yönlü hassasiyet, malzeme karakterizasyonunu ve cihaz tasarımını zorlaştırabilir.
Sınırlı sıcaklık stabilitesi: Bazı piezoelektrik kompozit formülasyonlar yüksek sıcaklıklarda sınırlı stabiliteye sahip olabilir. Yüksek sıcaklıklar, performanslarını ve uzun ömürlerini etkileyen malzeme özelliklerinde değişikliklere yol açabilir.
Maliyet ve kullanılabilirlik: Spesifik kompozisyon ve üretim sürecine bağlı olarak, piezoelektrik kompozitlerin üretimi geleneksel piezoelektrik seramiklere kıyasla daha pahalı olabilir. Ek olarak, piezoelektrik kompozitlerin tüm varyasyonları piyasada kolayca bulunamaz.
Sonuç olarak, piezoelektrik kompozit malzemeler, gelişmiş performans, özel özellikler ve mekanik esneklik dahil olmak üzere bir dizi avantaj sunmaktadır. Bununla birlikte, üretim karmaşıklığı, mülkler arasındaki değiş tokuşlar ve yönlü hassasiyetle ilgili zorluklarla da gelirler. Belirli uygulamalar için piezoelektrik kompozitler seçilirken bu faktörlerin dikkatli bir şekilde değerlendirilmesi gerekmektedir.
Türk dili