Der Kern der piezoelektrischen Technologie basiert aufder piezoelektrische Effekt, was sich auf das Phänomen bezieht, bei dem bestimmte Kristalle (wie Quarz, piezoelektrische Keramik, Pvdf usw. .) unter mechanischer Spannung Ladungen erzeugen oder unter der Wirkung eines elektrischen Feldes .. Es kann spezifisch in zwei Arten von Effekten aufgeteilt werden:
Positiver piezoelektrischer Effekt (mechanische Energie → elektrische Energie)
Wenn ein Kristall mechanischen Spannungen wie Druck und Spannung, seine interne Ladungsverteilung ändert und eine gleiche Menge an entgegengesetzten nummerierten Ladungen auf der Oberfläche erzeugt wird und eine Potentialdifferenz . bildet, wird beispielsweise beim Tippen auf eine piezoelektrische Keramikblatt ein schwacher Strom an beiden Enden generiert .}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}.
Reverse piezoelektrischer Effekt (elektrische Energie → mechanische Energie)
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. Anwendungsfelder der piezoelektrischen Technologie
(1) Präzisionsantrieb und Positionierung (umgekehrter piezoelektrischer Effekt)
①Piezoelektrikmotor: Mithilfe einer Hochfrequenzvibration von piezoelektrischen Materialien zur Antriebsrotordrehung hat es die Eigenschaften einer schnellen Reaktion, einer hohen Genauigkeit und keine elektromagnetische Störung . Es wird üblich
②Piezoelectric Nanopositioning Platform: Achieving nanometer (or even sub nanometer) displacement accuracy through the inverse piezoelectric effect, applied to cutting-edge scientific research equipment such as scanning tunneling microscopy (STM) and atomic force microscopy (AFM).
③Piezoelektrische Schwungstabelle/Drehungstabelle: Wie bereits erwähnt, werden Xinmei -Produkte zur Anpassung der optischen Pfad für Laser verwendet
(2) Sensoren und Energieernten (positiver piezoelektrischer Effekt)
①pressur/Schwingungssensor: Piezoelektrische Materialien können mechanische Vibrationen oder Druck in elektrische Signale zur Überwachung der Brückenvibration, zur Diagnose von Motorverstärkern, der Blutdruckmonitore usw. umwandeln. Effekt .
②Piezoelektrische Energie Harvester: Umwandlung Vibrationsenergie in der Umgebung (z. B. Autofahrten, Schritte, mechanischer Betrieb) in elektrische Energie und sorgt für Geräte mit geringer Leistung wie IoT-Sensoren und drahtlosen Chips, das "Selbstantrieb" .} erreicht.
(3) Akustik und Ultraschallfeld
①ultrasonischer Wandler: Verwendet den inversen piezoelektrischen Effekt, um Hochfrequenz-Ultraschallwellen für die medizinische Ultraschallbildgebung (B-Ultrasound), industrielle nicht-zerstörerische Tests (Erkennung interner Risse in Metallen) und ultrasonische Reinigung (Reinigung der Präzision durch Kavitationseffekt) zu erzeugen.
②piezoelektrisches Lautsprecher/Mikrofon: Der Lautsprecher erzeugt Schall durch vibrierende piezoelektrische Materialien, während das Mikrofon elektrische Signale erzeugt, indem die piezoelektrischen Materialien mit Schallwellen und Hörwellen und Kopfhörern häufig verwendet werden.
(4) Medizin und Biotechnologie
①Piezoelektrische mikrofluidische Chip: Wird für biologische Experimente wie Arzneimittelscreening und Zelltrennung durch Steuerung des Flüssigkeitsflusss in Mikrokanälen durch piezoelektrische Schwingung . verwendet
②Piezoelektrische chirurgische Instrumente wie piezoelektrische Knochensägen verwenden Hochfrequenzvibrationen, um präzises Schneiden zu erreichen und Gewebeschäden zu reduzieren, wodurch sie für minimal invasive orthopädische Operation geeignet sind .
(5) Unterhaltungselektronik und intelligente Geräte
①Mobile Telefon-Schwingungsmotor: Einige High-End-Mobiltelefone verwenden piezoelektrische Vibratoren, die die Eigenschaften einer schnelleren Reaktion und den empfindlicheren Vibrationsmodus im Vergleich zu herkömmlichen exzentrischen Radmotoren (wie der taptischen Motor des iPhone) .}}}} aufweisen
②Fingerabdruckerkennungsmodul: Piezoelektrische Fingerabdrucksensoren erkennen Fingerabdruckmuster durch Ladungsänderungen, die durch Druck verursacht werden, was die Vorteile von Anti -Verschmutzung und hoher Erkennungsgenauigkeit hat .
2. Typische Anwendungsfälle
(1) Semiconductor Manufacturing: In Lithographiemaschinen werden piezoelektrische Nanoplatformen verwendet, um die genaue Bewegung von Lithographielinsen zu kontrollieren, wodurch die Belichtungsgenauigkeit der Nanometer -Ebene der Chipmuster . gewährleistet ist
(2) Neue Energiefahrzeuge: Piezoelektrische Sensoren werden verwendet, um die Schwingung und den Druck von Akkus zu überwachen und die Sicherheit der Batterie zu gewährleisten. Der piezoelektrische Energie Harvester kann Reifenvibrationsenergie in elektrische Energie umwandeln, um elektronische Geräte in Bord zu versorgen. .}
(3) Luft- und Raumfahrt: Piezoelektrische Materialien werden verwendet, um sehr zuverlässige Drucksensoren herzustellen, die Änderungen des Luftdrucks und der Temperatur innerhalb der Flugzeugmotoren überwachen .
3. technologische Vorteile und Herausforderungen
(1) Vorteile: schnelle Reaktionsgeschwindigkeit (Nanosekundenstufe), hohe Genauigkeit (Nanometer-/Mikrowinkel zweiter Ebene), kompakte Struktur, keine elektromagnetische Störung, geeignet für extreme Umgebungen wie hohe Temperatur und Vakuum .
(2) Herausforderung: Niedrige Ausgangskraft (für den Verstärkungsmechanismus erforderlich), hohe Fahrspannung (normalerweise zehn bis Hunderte von Volt), potenzielle Probleme mit der Ermüdungsalterung während des Langzeitgebrauchs, die durch materielle Optimierung (wie Blei-Zirkonat-Titanat-Piezoelektrik-Ceramic PZT) und Schaltkreisendesign .} verbessert werden müssen
Die piezoelektrische Technologie mit ihren einzigartigen Eigenschaften der "elektromechanischen Kopplung" erstreckt sich von traditionellen Feldern bis zu modernsten Richtungen wie intelligenter Fertigung, Quantentechnologie und Biomedizin und wird zu einem der Kernträger der Mikro-Nano-Technologie .}
