Dengan karakteristik mereka yang luar biasa menghasilkan listrik dari getaran perangkat yang tidak digunakan, bahan piezoelektrik muncul sebagai pemanen kekuasaan revolusioner. Karena penelitian yang dilakukan pada bahan-bahan ini, saat ini ada berbagai macam bahan piezoelektrik yang dapat dipilih. Spesifikasi yang berbeda menjadi ciri material ini. Tapi, bagaimana cara memilih bahan untuk kebutuhan kita? Apa yang dicari? Apa itu jenis dari piezoelektrik bahan? Pada artikel ini, kami melihat berbagai jenis bahan piezoelektrik beserta propertinya. Artikel tersebut menjelaskan lima manfaat dasar yang harus dicari saat memilih bahan piezoelektrik untuk produk.

Jenis Bahan Piezoelektrik

Berbagai jenis bahan piezoelektrik meliputi yang berikut ini.

Jenis Bahan Piezoelektrik

1). Yang Ada Alami

Kristal ini adalah dielektrik anisotropik dengan kisi kristal non-sentrosimetris. Bahan kristal seperti Kuarsa, garam Rochelle, Topaz, mineral golongan turmalin, dan beberapa zat organik seperti sutra, kayu, enamel, tulang, rambut, karet, dentin termasuk dalam kategori ini.

2). Bahan Sintetis Buatan Manusia

Bahan dengan sifat feroelektrik digunakan untuk menyiapkan bahan piezoelektrik. Bahan buatan dikelompokkan menjadi lima kategori utama - Analog kuarsa, Keramik, Polimer, Komposit, dan Film Tipis .

Polimer : Polyvinylidene difluoride, PVDF atau PVF2.
Komposit : Piezokomposit adalah peningkatan dari piezopolimer . Mereka bisa dari dua jenis:
Polimer piezo di mana bahan piezoelektrik dibenamkan dalam matriks pasif secara elektrik .
Komposit piezo yang dibuat dengan menggunakan dua contoh keramik yang berbeda Serat BaTiO3 memperkuat a Matriks PZT .
Piezoelektrik buatan manusia dengan struktur kristal sebagai perovskit : Barium titanate, Lead titanate, Lead zirconate titanate (PZT), Potassium niobate, Lithium niobate, Lithium tantalate, dan bebas timbal lainnya keramik piezoelektrik.

Sifat Bahan Piezoelektrik yang Berbeda

Sifat-sifat bahan piezoelektrik yang berbeda meliputi yang berikut ini.

Kuarsa

Kuarsa adalah bahan piezoelektrik kristal tunggal paling populer. Bahan kristal tunggal menunjukkan sifat bahan yang berbeda tergantung pada potongan dan arah perambatan gelombang curah. Kuarsa osilator dioperasikan dalam mode geser ketebalan AT-cut digunakan di komputer, TV dan VCR.
Di S.A.W. perangkat ST-cut kuarsa dengan X-propagation digunakan. Kuarsa memiliki faktor kualitas mekanik yang sangat tinggi SQM> 105.

Lithium Niobate dan Lithium Tantalate

Bahan-bahan ini tersusun dari oksigen oktahedron.
Temperatur curie dari bahan-bahan ini adalah 1210 dan 6600c masing-masing.
Bahan-bahan ini memiliki koefisien kopling elektromekanis yang tinggi untuk gelombang akustik permukaan.

Barium Titanate

Bahan-bahan ini dengan dopan seperti ion Pb atau Ca dapat menstabilkan fase tetragonal pada rentang suhu yang lebih luas.
Ini awalnya digunakan untuk Langevin vibrator piezoelektrik -jenis.

Sen

Doping PZT dengan ion donor seperti Nb5 + atau Tr5 + memberikan PZT lunak seperti PZT-5.
Doping PZT dengan ion akseptor seperti Fe3 + atau Sc3 + memberikan PZT keras seperti PZT-8.

Keramik Timbal Titanate

Ini dapat menghasilkan pencitraan ultrasonik yang jelas karena kopling planar yang sangat rendah.
Baru-baru ini, untuk ultrasonik transduser dan aktuator elektromekanis ferroelektrik relaksan kristal tunggal dengan batas fase morfotropik (MPB) sedang dikembangkan.

Polimer piezoelektrik

Polimer piezoelektrik memiliki karakteristik umum tertentu sebagai

Konstanta piezoelektrik kecil d yang menjadikannya pilihan yang baik untuk aktuator.
Konstanta g besar yang menjadikannya pilihan yang baik sebagai sensor .
Bahan-bahan ini memiliki impedansi akustik yang baik yang cocok dengan air atau tubuh manusia karena ringan dan elastisitasnya yang lembut.
Bandwidth resonansi luas karena QM rendah.
Bahan-bahan ini sangat dipilih mikrofon arah dan hidrofon ultrasonik.

Komposit piezoelektrik

“fase tunggal dari 3 fase ”

Komposit piezoelektrik yang terbuat dari keramik piezoelektrik dan fase polimer membentuk bahan piezoelektrik yang sangat baik
Faktor kopling tinggi, impedansi akustik rendah , fleksibilitas mekanis menjadi ciri material ini.
Bahan-bahan ini terutama digunakan untuk sonar bawah air dan aplikasi transduser ultrasonik diagnostik medis.

Film tipis

Untuk perangkat gelombang akustik dan akustik permukaan curah, film tipis ZnO banyak digunakan karena ada kopling piezoelektrik yang besar.

Manakah Bahan Piezoelektrik Terbaik?

Bahan piezoelektrik dipilih berdasarkan kebutuhan aplikasi kami. Bahan yang dapat dengan mudah memenuhi kebutuhan kami dapat dianggap yang terbaik. Ada beberapa faktor yang harus dipertimbangkan saat memilih bahan piezoelektrik.

Lima manfaat penting piezoelektrik adalah

1. Faktor kopling elektromekanis k

k2 = (Energi mekanik tersimpan / Energi listrik input) atau
k2 = (Energi listrik tersimpan / Energi mekanik masukan)

2. Konstanta regangan piezoelektrik d

Menjelaskan hubungan besarnya regangan yang diinduksi x dengan medan listrik AKU S sebagai x = d.E.

3. Konstanta tegangan piezoelektrik g

g mendefinisikan hubungan antara tegangan eksternal X dan medan listrik induksi E sebagai E = g.X.
Menggunakan relasi P = d.X. kita bisa menyatakan g = d / ε0 .ε. dimana ε = permitivitas.

4. Faktor kualitas mekanis QM

Parameter ini mencirikan ketajaman file sistem resonansi elektromekanis.

QM = ω0 / 2 ω.

5. Impedansi Akustik Z

Parameter ini mengevaluasi transfer energi akustik antara dua material. Ini didefinisikan sebagai

Z2 = (kecepatan tekanan / volume).

Bahan padat Z = √ρ.√ϲ dimana ρ adalah massa jenis dan ϲ adalah kekakuan elastis dari materi.

Tabel Karakteristik Piezoelektrik

Karakteristik	Simbol	SATUAN	BaTiO₃	“kontrol loop terbuka dan loop tertutup ” Sen	PVDF
Massa jenis	-	10³kg / m³	5.7	7.5	1.78
Izin Relatif	EU₀	-	17.00	1200	12
Piezoelektrik	d31	10^-12C / N	78	110	2. 3
Konstan	g31	10^-3Vm / N	5	10	216
Tegangan Konstan	untuk₃₁	pada 1kHz	dua puluh satu	30	12

Polimer memiliki konstanta piezoelektrik yang rendah dibandingkan dengan keramik.
Perubahan bentuk bahan berbasis keramik lebih banyak daripada bahan berbasis polimer jika tegangan yang diterapkan sama.
Koefisien tegangan piezoelektrik sebesar PVDF membuat adalah bahan yang lebih baik untuk aplikasi sensor .
Karena koefisien kopling elektromekanis yang lebih besar, Sen digunakan dalam aplikasi di mana tekanan mekanik harus diubah menjadi energi listrik.
Tiga parameter yang harus dipertimbangkan untuk dipilih bahan piezoelektrik untuk aplikasi yang bekerja di bawah resonansi mekanis faktor kualitas mekanik , faktor kopling elektromekanis , dan konstanta dielektrik . Lebih tinggi besarnya parameter ini, paling baik adalah bahan untuk aplikasi.
Bahan dengan ukuran besar koefisien regangan piezoelektrik , besar tingkat regangan non-histeretik adalah yang terbaik untuk seorang aktuator .
Bahan dengan tinggi faktor kopling elektromekanis dan permitivitas dielektrik tinggi adalah yang terbaik sebagai transduser .
Kehilangan dielektrik rendah penting untuk bahan yang digunakan dalam frekuensi off-resonance aplikasi akuntansi untuk pembangkit panas rendah.

Berdasarkan fisik, material, sifat elektromekanis kita dapat dengan mudah membedakan antara bahan piezoelektrik. Properti ini membantu kami memilih bahan piezoelektrik terbaik untuk aplikasi kami. Materi apa yang telah Anda gunakan untuk aplikasi Anda? Modifikasi apa yang diperlukan untuk bahan yang ada untuk mengatasi keterbatasannya?