Applicazioni industriali della ceramica piezoelettrica
Le ceramiche piezoelettriche sono nuovi materiali funzionali inorganici non metallici ad alta tecnologia. Con la continua ricerca approfondita e il miglioramento di materiali e processi, l'applicazione della tecnologia della ceramica piezoelettrica sta diventando sempre più estesa. I materiali piezoelettrici sono stati ampiamente utilizzati nei campi di sensori, attuatori, trasduttori, test non distruttivi e tecnologia di comunicazione come materiali meccanici, elettrici, acustici, luminosi e sensibili al calore. Con lo sviluppo dell'alta tecnologia, l'applicazione della ceramica piezoelettrica diventerà sempre più ampia.
Il materiale di base è un fattore chiave nel determinare le prestazioni del prodotto. Allo stato attuale, i materiali ceramici piezoelettrici con resistenza alle alte temperature, alta resistenza alla pressione, alta sensibilità e bassa perdita sono le direzioni di ricerca e sviluppo riconosciute dell'industria globale. Sebbene ci siano molte ricerche sui materiali ceramici piezoelettrici senza piombo, non hanno ancora raggiunto il livello pratico. livello, e non può sostituire le attuali ceramiche piezoelettriche contenenti piombo a breve termine.
L'avvento dell'era dell'Internet mobile e l'emergere della domanda di apparecchiature terminali piccole e ultrasottili, alta affidabilità e basso consumo energetico hanno fornito una buona opportunità per l'applicazione e lo sviluppo di prodotti ceramici piezoelettrici. Soprattutto i prodotti laminati possono essere trasformati in ricevitori piezoelettrici, altoparlanti, sistemi audio del guscio posteriore del telefono cellulare, sistemi audio a vibrazione dello schermo, microfoni MEMS, trasduttori piezoelettrici di compensazione ad alta frequenza, ecc. I prodotti tradizionali sono la scelta migliore per i terminali di comunicazione mobile. I prodotti più sottili sono la tendenza del futuro.
I dispositivi ceramici piezoelettrici non sono solo ampiamente utilizzati nei prodotti industriali e civili, ma hanno anche un gran numero di applicazioni in ambito militare. Ad esempio, le ceramiche piezoelettriche vengono trasformate in trasduttori acustici subacquei, che possono essere utilizzati come un paio di "occhi" luminosi per sottomarini nucleari, che possono eseguire agevolmente la navigazione subacquea, la comunicazione, la ricognizione delle navi nemiche e la pulizia delle mine nemiche. Le spolette piezoelettriche possono accendere e far esplodere con precisione bombe perforanti e altre armi letali; gli attuatori piezoelettrici a microspostamento sono un componente chiave indispensabile nei sistemi di posizionamento di precisione; i giroscopi piezoelettrici realizzati in ceramica piezoelettrica sono indispensabili nel settore aerospaziale. Il "timoniere" mancante e così via.
Le ceramiche piezoelettriche sono utilizzate in una vasta gamma di applicazioni. Di seguito sono elencate alcune delle principali applicazioni:
(1) Trasduttore elettroacustico
I trasduttori elettroacustici sono utilizzati principalmente in vari allarmi, microfoni a conduzione ossea, ricevitori, altoparlanti piezoelettrici, ecc.
L'allarme può essere utilizzato per tutti i tipi di allarmi per elettrodomestici, rilevatori di fumo, antifurto per auto, protezione antincendio, allarmi di sicurezza personale, ecc. Il microfono a conduzione ossea converte il segnale vocale della vibrazione delle ossa dell'orecchio in segnali elettrici, così come per convertire il segnale vocale in un segnale elettrico. Una nuova generazione di trasmettitori antirumore trasmessi all'estremità ricevente, tali auricolari Bluetooth sono attualmente disponibili in Giappone; i ricevitori e gli altoparlanti piezoelettrici hanno le caratteristiche di ultrasottili e basso consumo energetico.
I trasduttori elettroacustici utilizzati negli allarmi generici non hanno ancora sostituito i prodotti, ed hanno ancora un ampio mercato, mentre gli allarmi ad alta pressione sonora in ambienti particolari avranno un maggior incremento di allarmi; Con lo sviluppo del consumo energetico, i ricevitori e gli altoparlanti piezoelettrici diventeranno la scelta migliore per i terminali portatili e avranno buone prospettive di mercato.
(2) Trasduttore ultrasonico
I trasduttori ad ultrasuoni sono adatti per motori ad ultrasuoni, atomizzazione ad ultrasuoni, sonar, pulizia ad ultrasuoni, saldatura ad ultrasuoni, bellezza ad ultrasuoni, elaborazione ad ultrasuoni, allevamento ad ultrasuoni, telemetria e controllo remoto, monitoraggio del traffico, portata, rilevamento di perdite, rilevamento di flusso e calore, imaging robotico Raccolta di informazioni , eccetera.
Attualmente non esistono prodotti alternativi per i trasduttori a ultrasuoni e il suo mercato applicativo è in costante sviluppo. In particolare, il riscaldamento del nord implementerà la misurazione e la ricarica, quindi il sensore di calore avrà un ampio mercato.
(3) Trasduttore acustico subacqueo
Nelle battaglie navali la cosa più difficile da affrontare sono i sottomarini, che possono immergersi a lungo in mare e attaccare inconsapevolmente porti e navi, causando grossi grattacapi al nemico. Come trovare i sottomarini nemici? Non puoi fare affidamento sui tuoi occhi, né puoi usare il radar, perché le onde elettromagnetiche si attenueranno bruscamente nell'acqua di mare e non possono trasmettere segnali in modo efficace. Il rilevamento dei sottomarini si basa sul sonar: orecchie subacquee. La ceramica piezoelettrica è il materiale per realizzare il sonar. Emette onde ultrasoniche, che vengono riflesse quando incontrano sottomarini. Dopo essere stati ricevuti ed elaborati, è possibile misurare l'azimut e la distanza dei sottomarini nemici. Questa è un'applicazione indispensabile della tecnologia di difesa nazionale e il suo sviluppo consiste nell'aumentare la potenza di trasmissione e nel migliorare la sensibilità di ricezione, in modo che la distanza di rilevamento possa essere completamente migliorata.
(4) Sistema di smorzamento delle vibrazioni piezoelettrico
I sistemi piezoelettrici di riduzione delle vibrazioni possono essere suddivisi in riduzione passiva delle vibrazioni e riduzione attiva delle vibrazioni. La riduzione passiva delle vibrazioni consiste nel preparare uno strato di pellicola di resistenza sulla superficie della ceramica piezoelettrica, la ceramica piezoelettrica converte le vibrazioni o il rumore in energia elettrica, la corrente viene convertita in energia termica attraverso la pellicola di resistenza e l'energia termica viene esportata attraverso il conduttore di calore a svolgere il ruolo di riduzione delle vibrazioni e riduzione del rumore; La riduzione attiva delle vibrazioni consiste nel comporre la ceramica piezoelettrica sull'oggetto da ridurre le vibrazioni, convertire la sua forma d'onda di vibrazione in un segnale di tensione corrispondente ed eseguire la vibrazione inversa attraverso la regolazione di fase e l'amplificazione al trasduttore accoppiato all'elemento vibrante, quindi sopprimere la vibrazione per ottenere lo scopo della riduzione delle vibrazioni. Non ci sono molte applicazioni di questo tipo al momento, e la maggior parte di esse sono ancora in fase sperimentale, come i sistemi di riduzione del rumore dei computer e di riduzione delle vibrazioni richiesti da alcuni dispositivi militari, ecc., e avranno buone prospettive di mercato.
(5) Attuatore piezoelettrico
Gli elementi di azionamento in ceramica piezoelettrica sono suddivisi in tipo di espansione laterale monolitica, tipo di piegatura, tipo laminato a spessore, tipo laminato laterale, tipo di tubo, tipo di piatto, ecc. Sono ampiamente utilizzati nel settore aerospaziale, iniettori common rail, valvole intelligenti ad alta velocità, posizionamento nanometrico , microlavorazione, sistema di compensazione del micro-spostamento del giroscopio laser, controllo della deformazione dello specchio deformabile, disco rigido (posizionamento della testina magnetica), strumento ottico (regolazione dell'asse ottico, regolazione della messa a fuoco), pompa piezoelettrica, sistema jacquard per maglieria, lettore cieco, ecc. Piezoelettrico gli attuatori sono tecnicamente difficili, e attualmente solo poche aziende al mondo possono realizzarli. La Cina ha un inizio lento. Allo stato attuale, le macchine per maglieria jacquard computerizzate hanno applicato attuatori piezoelettrici in grandi quantità. , Pante Electric Ceramics è diventato uno dei produttori in grado di produrre una gamma completa di attuatori piezoelettrici e le applicazioni domestiche stanno gradualmente prendendo forma e si prevede che in futuro costituiranno un mercato più ampio.
(6) Raccolta di energia piezoelettrica
Coperte piezoelettriche (il Giappone ha utilizzato coperte piezoelettriche per alimentare i segnali della metropolitana), scarpe piezoelettriche (posizionare dispositivi di raccolta di energia piezoelettrica sulle suole delle scarpe per generare elettricità quando si cammina, che possono essere utilizzate per caricare la batteria e riscaldare il corpo della scarpa, ecc.), Generazione di energia muscolare (alimentazione per dispositivi elettronici impiantati nel corpo), raccolta di energia dalle vibrazioni del veicolo ibrido e completamente elettrico (che può non solo migliorare l'effetto di riduzione delle vibrazioni, ma anche prolungare il risparmio energetico alimentando l'energia elettrica raccolta nella batteria) , generazione di energia da onde oceaniche, ecc. La raccolta di energia in ceramica piezoelettrica viene utilizzata come fonte di alimentazione permanente per dispositivi bioelettronici. Questo progetto è stato segnalato e gli istituti di ricerca nazionali hanno iniziato a studiarlo, il che salverà i pazienti con dispositivi elettrici impiantati dal dolore del cambio delle batterie; anche il recupero dell'energia delle vibrazioni delle automobili Diventerà una parte indispensabile dei veicoli completamente elettrici e ibridi; il mio paese ha una lunga linea costiera e la produzione di energia dal moto ondoso diventerà anche la nuova fonte di energia più pulita ea basso costo.
(7) Dispositivo di frequenza piezoelettrica
Risonatori, filtri, trappole, ecc., realizzati con le caratteristiche risonanti della ceramica piezoelettrica, vengono utilizzati per la generazione e l'elaborazione di segnali di frequenza. I dispositivi di elaborazione della frequenza comunemente usati come i filtri stanno rapidamente diminuendo, quindi il suo mercato è in una fase di rapida contrazione.
(8) Trasformatore piezoelettrico
I trasformatori piezoelettrici sono utilizzati principalmente per alimentatori a bassa corrente e alta tensione. L'oggetto principale dell'applicazione della ricerca e dello sviluppo originale era l'alimentazione della retroilluminazione dei display a cristalli liquidi come i computer portatili, ma ora la maggior parte di essi ha utilizzato la retroilluminazione a LED e non ha più bisogno di alimentatori ad alta tensione e bassa corrente, quindi ora solo vengono utilizzati alcuni piccoli bastoni elettrici e generatori di ioni negativi. grande mercato delle applicazioni.
(9) Elemento di accensione a detonazione piezoelettrica
Il proiettile perforante sparato dal cannone anticarro esploderebbe immediatamente al contatto con il carro armato, mandandolo in frantumi. Questo perché la testata è dotata di ceramica piezoelettrica, che può convertire la forte forza meccanica quando si scontrano in un'alta tensione istantanea ed esplodere una scintilla per far esplodere l'esplosivo. Ora anche le stufe a gas e gli accendini sono realizzati in ceramica piezoelettrica. Finché si preme il pulsante di accensione con il dito, la ceramica piezoelettrica sull'accendino può generare alta tensione, formare scintille elettriche e accendere il gas e può essere utilizzata a lungo. Pertanto, gli accendini piezoelettrici non sono solo facili da usare, sicuri e affidabili, ma hanno anche una lunga durata. Ad esempio, un accendino in ceramica piezoelettrica al titanato di piombo può essere utilizzato più di 1 milione di volte. Al momento, non esiste un prodotto alternativo migliore per la detonazione dei componenti di accensione e il mercato delle applicazioni è in costante aumento.
