Nucleul tehnologiei piezoelectrice se bazează peEfectul piezoelectric, care se referă la fenomenul în care anumite cristale (cum ar fi cuarțul, ceramica piezoelectrică, PVDF, etc. .) generează sarcini sub stres mecanic sau suferă deformare sub acțiunea unui câmp electric . poate fi divizat în mod specific în două tipuri de efecte:
Efect piezoelectric pozitiv (energie mecanică → energie electrică)
Atunci când un cristal este supus tensiunilor mecanice, cum ar fi presiunea și tensiunea, distribuția sa internă a sarcinii sale se modifică și o cantitate egală de sarcini numerotate opuse sunt generate la suprafață, formând o diferență de potențial ., de exemplu, atunci când atingeți o foaie ceramică piezoelectrică, va fi generat un curent slab la ambele capete .
Efect piezoelectric invers (energie electrică → energie mecanică)
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. Câmpuri de aplicație ale tehnologiei piezoelectrice
(1) Drive de precizie și poziționare (efect piezoelectric invers)
①Piezoelectric motor: Using high-frequency vibration of piezoelectric materials to drive rotor rotation, it has the characteristics of fast response, high accuracy, and no electromagnetic interference. It is commonly used for precision displacement control of lithography machines and semiconductor manufacturing equipment.
②Piezoelectric Nanopositioning Platform: Realizarea preciziei de deplasare a nanometrului (sau chiar a sub nanometrului) prin efectul piezoelectric invers, aplicat echipamentelor de cercetare științifică de ultimă oră, cum ar fi microscopia de tunel de scanare (STM) și microscopie cu forță atomică (AFM) .)
③ Piezoelectric Swing Tabel/Tabel rotativ: După cum am menționat anterior, produsele Xinmei sunt utilizate pentru reglarea căii optice laser, alinierea plafonului cu semiconductor, calibrarea unghiului de componentă optică și alte scenarii pentru a obține un control precis al unghiului la nivelul celui de -al doilea nivel de micro unghi .}}} precis
(2) senzori și recoltare de energie (efect piezoelectric pozitiv)
①Pressure/vibration sensor: Piezoelectric materials can convert mechanical vibration or pressure into electrical signals for monitoring bridge vibration, engine fault diagnosis, blood pressure monitors, etc. For example, the piezoelectric ceramic in a lighter generates electric sparks through impact, which instantly releases high voltage electricity using the positive piezoelectric effect.
② Piezoelectric Energy Harvester: convertește energia vibrațiilor în mediu (cum ar fi conducerea auto, pașii, funcționarea mecanică) în energie electrică, oferind energie pentru dispozitive cu putere redusă, cum ar fi senzori IoT și cipuri wireless, obținând „auto-alimentare” .
(3) acustică și câmp cu ultrasunete
①ultrasonic Transducer: folosește efectul piezoelectric invers pentru a genera unde ultrasonice de înaltă frecvență pentru imagistica cu ultrasunete medicale (B-ultrasunet), teste industriale nedistructive (detectarea fisurilor interne în metale) și curățarea ultrasonică (curățarea pieselor de precizie prin efectul cavitației) .}}}}
②Piezoelectric Difuzor/microfon: difuzorul produce sunet prin vibrarea materialelor piezoelectrice, în timp ce microfonul generează semnale electrice prin comprimarea materialelor piezoelectrice cu unde sonore . este utilizat în mod obișnuit în dispozitive audio mici, cum ar fi ajutoarele auditive și căști .}
(4) Medical și biotehnologie
① Piezoelectric Chip microfluidic: utilizat pentru experimente biologice, cum ar fi screeningul medicamentelor și separarea celulelor prin controlul fluxului de lichid în microcanale prin vibrații piezoelectrice .
② Piezoelectric Instrumente chirurgicale, cum ar fi ferăstraiele osoase piezoelectrice, folosesc vibrații de înaltă frecvență pentru a obține tăierea precisă și reducerea leziunilor tisulare, ceea ce le face adecvate pentru o intervenție chirurgicală ortopedică minim invazivă .}
(5) Electronică de consum și dispozitive inteligente
① Motor de vibrație pentru telefon: Unele telefoane mobile de înaltă performanță folosesc vibratoare piezoelectrice, care au caracteristicile răspunsului mai rapid și modul de vibrație mai delicat în comparație cu motoarele cu roți excentrice tradiționale (cum ar fi motorul Taptic al iPhone) .}}}
② Fingerprint Recunoașterea Modulului: senzorii de amprentă piezoelectrică recunosc tiparele de amprente prin modificări de încărcare cauzate de presiune, care are avantajele anti -poluării și precizia de recunoaștere ridicată .
2. cazuri tipice de aplicație
(1) Fabricarea semiconductorului: în mașini de litografie, nanoplatformele piezoelectrice sunt utilizate pentru a controla mișcarea precisă a lentilelor de litografie, asigurând precizia expunerii la nivel de nanometru a modelelor de cip .
(2) noi vehicule energetice: senzorii piezoelectrici sunt folosiți pentru a monitoriza vibrațiile și presiunea bateriilor, asigurând siguranța bateriei; Recolta de energie piezoelectrică poate converti energia de vibrații ale anvelopelor în energie electrică pentru a alimenta dispozitive electronice de la bord .
)
3. Avantaje și provocări tehnologice
)
(2) Provocare: Forță de ieșire scăzută (care necesită un mecanism de amplificare), tensiune de conducere ridicată (de obicei, de la zeci până la sute de volți), probleme potențiale de îmbătrânire a oboselii în timpul utilizării pe termen lung, care trebuie îmbunătățite prin optimizarea materialelor (cum ar fi PZT ceramic cu zircul de plumb .
Tehnologia piezoelectrică, cu caracteristicile sale unice de „cuplare electromecanică”, se extinde de la câmpuri tradiționale la direcții de ultimă oră, cum ar fi fabricația inteligentă, tehnologia cuantică și biomedicina, devenind unul dintre suporturile de bază ale tehnologiei micro nano .
