Ο πυρήνας της πιεζοηλεκτρικής τεχνολογίας βασίζεταιτο πιεζοηλεκτρικό αποτέλεσμα, η οποία αναφέρεται στο φαινόμενο όπου ορισμένοι κρύσταλλοι (όπως χαλαζία, πιεζοηλεκτρικά κεραμικά, PVDF, κλπ. {{0}) δημιουργούν φορτία κάτω από μηχανική τάση ή υποβάλλονται σε παραμόρφωση κάτω
Θετικό πιεζοηλεκτρικό αποτέλεσμα (Μηχανική ενέργεια → Ηλεκτρική ενέργεια)
Όταν ένας κρύσταλλος υποβάλλεται σε μηχανικές καταπονήσεις όπως η πίεση και η ένταση, η εσωτερική κατανομή του φορτίου μεταβάλλεται και μια ίση ποσότητα αντίθετων αριθμημένων φορτίων δημιουργούνται στην επιφάνεια, σχηματίζοντας μια διαφορά δυναμικού . για παράδειγμα, όταν πατάει ένα πιεζοηλεκτρικό κεραμικό φύλλο, ένα αδύναμο ρεύμα θα δημιουργηθεί και στα δύο άκρα {{}}
Αντίστροφη πιεζοηλεκτρική επίδραση (ηλεκτρική ενέργεια → μηχανική ενέργεια)
Όταν ένα ηλεκτρικό πεδίο εφαρμόζεται και στα δύο άκρα ενός κρυστάλλου, η δομή του πλέγματος υφίσταται αναστρέψιμη παραμόρφωση (επιμήκυνση ή συστολή) και ο βαθμός παραμόρφωσης είναι ανάλογος με την αντοχή του ηλεκτρικού πεδίου . για παράδειγμα, εφαρμόζοντας μια εναλλασσόμενη τάση σε πιεζοηλεκτρικά κεραμικά θα δημιουργήσει δονήσεις υψηλής ανταμοιβής {}}}}}}}}}}}}}
1. πεδία εφαρμογής της πιεζοηλεκτρικής τεχνολογίας
(1) Drive και τοποθέτηση ακριβείας (αντίστροφο πιεζοηλεκτρικό αποτέλεσμα)
①piezoelectric κινητήρα: Χρησιμοποιώντας δόνηση υψηλής συχνότητας των πιεζοηλεκτρικών υλικών για την περιστροφή του ρότορα, έχει τα χαρακτηριστικά της γρήγορης απόκρισης, της υψηλής ακρίβειας και της ηλεκτρομαγνητικής παρεμβολής . χρησιμοποιείται συνήθως για τον έλεγχο της ακρίβειας των μηχανών λιθογραφίας και του ημιαγωγού εξοπλισμού.}}}}}}
②piezoelectric nanopositioning πλατφόρμα: επίτευξη νανομετρικού (ή ακόμα και υπο-νανομετρικού) ακρίβεια μετατόπισης μέσω του αντίστροφου πιεζοηλεκτρικού αποτελέσματος, που εφαρμόζεται στον εξοπλισμό επιστημονικής ερευνητικής έρευνας όπως η μικροσκοπία σήραγγας (STM) και η μικροσκοπία ατομικής δύναμης (AFM) .
③piezoelectric Swing Table/Rotary Table: Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, τα προϊόντα XinMeI χρησιμοποιούνται για τη ρύθμιση της οπτικής διαδρομής λέιζερ, την ευθυγράμμιση των δισκίων ημιαγωγών, τη βαθμονόμηση γωνίας οπτικού συστατικού και άλλα σενάρια για την επίτευξη ακριβούς ελέγχου γωνίας στο δεύτερο επίπεδο της μικροαξίας .}}}
(2) Αισθητήρες και συγκομιδή ενέργειας (θετικό πιεζοηλεκτρικό αποτέλεσμα)
Αισθητήρας πίεσης/δόνησης: Τα πιεζοηλεκτρικά υλικά μπορούν να μετατρέψουν τη μηχανική δόνηση ή την πίεση σε ηλεκτρικά σήματα για την παρακολούθηση των κραδασμών της γέφυρας, τη διάγνωση σφάλματος του κινητήρα, τις οθόνες της αρτηριακής πίεσης κ.λπ.
②piezoelectric Energy Harvester: Μετατρέπει την ενέργεια των κραδασμών στο περιβάλλον (όπως οδήγηση αυτοκινήτων, βήματα, μηχανική λειτουργία) σε ηλεκτρική ενέργεια, παρέχοντας ισχύ για συσκευές χαμηλής ισχύος όπως αισθητήρες IoT και ασύρματα τσιπ, επιτυγχάνοντας "αυτο-τροφοδοσία" .}}}.
(3) Ακουστική και πεδίο υπερήχων
①ultrasonic transducer: χρησιμοποιεί το αντίστροφο πιεζοηλεκτρικό αποτέλεσμα για να παράγει υπερηχητικά κύματα υψηλής συχνότητας για ιατρική απεικόνιση υπερήχων (b-ultrasound), βιομηχανικές μη καταστρεπτικές δοκιμές (ανίχνευση εσωτερικών ρωγμών σε μέταλλα) και υπερηχητικός καθαρισμός (καθαρισμός μέρη ακρίβειας μέσω της φραγής καταστροφής).
②piezoelectric ηχείο/μικρόφωνο: Το ηχείο παράγει ήχο με δονητικά πιεζοηλεκτρικά υλικά, ενώ το μικρόφωνο παράγει ηλεκτρικά σήματα συμπιέζοντας τα πιεζοηλεκτρικά υλικά με ηχητικά κύματα. χρησιμοποιείται συνήθως σε μικρές συσκευές ήχου όπως ακουστικά βοηθήματα και ακουστικά.}
(4) Ιατρική και βιοτεχνολογία
①piezoelectric microfluidic chip: Χρησιμοποιείται για βιολογικά πειράματα όπως ο έλεγχος των φαρμάκων και ο διαχωρισμός των κυττάρων ελέγχοντας τη ροή υγρού σε μικροκάναλια μέσω πιεζοηλεκτρικών κραδασμών .
Τα ②piezoelectric χειρουργικά όργανα, όπως τα πιεζοηλεκτρικά πριόνια των οστών, χρησιμοποιούν κραδασμούς υψηλής συχνότητας για να επιτύχουν ακριβή κοπή και να μειώσουν τη βλάβη των ιστών, καθιστώντας τα κατάλληλα για ελάχιστα επεμβατική ορθοπεδική χειρουργική .
(5) Ηλεκτρονικά καταναλωτικά και έξυπνες συσκευές
① Motor Cingration Phone: Ορισμένα κινητά τηλέφωνα High-end χρησιμοποιούν πιεζοηλεκτρικούς δονητές, οι οποίοι έχουν τα χαρακτηριστικά της ταχύτερης απόκρισης και της πιο ευαίσθητης λειτουργίας κραδασμών σε σύγκριση με τους παραδοσιακούς κινητήρες εκκεντρικών τροχών (όπως ο κινητήρας Taptic του iPhone).
Μονάδα αναγνώρισης ②fingerprint: Οι αισθητήρες πιεζοηλεκτρικού δακτυλικού αποτυπώματος αναγνωρίζουν τα πρότυπα δακτυλικών αποτυπωμάτων μέσω αλλαγών φορτίου που προκαλούνται από την πίεση, τα οποία έχουν τα πλεονεκτήματα της αντιπαράθεσης και την υψηλή ακρίβεια αναγνώρισης .
2. Τυπικές περιπτώσεις εφαρμογής
(1) Κατασκευή ημιαγωγών: Στα μηχανήματα λιθογραφίας, οι πιεζοηλεκτρικές νανοπλαισμοί χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο της ακριβούς κίνησης των φακών λιθογραφίας, εξασφαλίζοντας ακρίβεια έκθεσης σε επίπεδο νανομέτρου των μοτίβων chip .
(2) νέα ενεργειακά οχήματα: Οι πιεζοηλεκτρικοί αισθητήρες χρησιμοποιούνται για την παρακολούθηση της δόνησης και της πίεσης των πακέτων μπαταριών, εξασφαλίζοντας την ασφάλεια της μπαταρίας. Ο θραυστήρας πιεζοηλεκτρικής ενέργειας μπορεί να μετατρέψει την ενέργεια των κραδασμών ελαστικών σε ηλεκτρική ενέργεια στην τροφοδοσία ηλεκτρονικών συσκευών .
(3) Αεροδιαστημική: Τα πιεζοηλεκτρικά υλικά χρησιμοποιούνται για την κατασκευή εξαιρετικά αξιόπιστων αισθητήρων πίεσης που παρακολουθούν τις αλλαγές στην πίεση του αέρα και τη θερμοκρασία μέσα στους κινητήρες αεροσκαφών .
3. Τεχνολογικά πλεονεκτήματα και προκλήσεις
(1) Πλεονεκτήματα: ταχύτητα γρήγορης απόκρισης (επίπεδο νανοδευτερόλεπτου), υψηλή ακρίβεια (νανομετρητή/μικροαξινητική δεύτερη θέση), συμπαγής δομή, χωρίς ηλεκτρομαγνητική παρεμβολή, κατάλληλα για ακραία περιβάλλοντα όπως υψηλή θερμοκρασία και κενό .
(2) Πρόκληση: Η δύναμη χαμηλής εξόδου (που απαιτεί τον μηχανισμό ενίσχυσης), την υψηλή τάση οδήγησης (συνήθως δεκάδες έως εκατοντάδες βολτ), τα ενδεχόμενα ζητήματα γήρανσης κόπωσης κατά τη διάρκεια μακροχρόνιας χρήσης, τα οποία πρέπει να βελτιωθούν μέσω της βελτιστοποίησης υλικού (όπως το piezoelectric ceramic pzt του.
Η πιεζοηλεκτρική τεχνολογία, με τα μοναδικά χαρακτηριστικά της "ηλεκτρομηχανικής σύζευξης", εκτείνεται από τα παραδοσιακά πεδία έως τις κατευθύνσεις αιχμής, όπως η έξυπνη παραγωγή, η κβαντική τεχνολογία και η βιοϊατρική, καθιστώντας ένα από τα βασικά υποστηρίγματα της τεχνολογίας Micro Nano .}}}}}}}}
