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什么是压电陶瓷的压电效应?它的应用是什么?

压电陶瓷是可以将电能转换成位移的功能性材料。

>> 正压电效应

对压电材料施加外力会使压电材料表面产生正电荷和负电荷,即外力引起的形变转换成电能。如果电极连接到相对的表面,则电荷将产生电压U。对压电材料施加力F,压电材料的体积将近似恒定。

dij :压电材料的参数(取决于方向)

C :电容

芯明天公司提供的压电陶瓷叠堆的材料即是PZT压电材料,对其整个上表面施加可承受范围内的力时,它会在正负极间产生电压。将压电陶瓷叠堆短接,释放内部存储的电荷;再将其正负极与电压表进行连接,陶瓷两极间电压约为0V;再用手指轻按陶瓷上端面,在两极间会产生电压,此实验中所用芯明天压电叠堆陶瓷的型号为PSt150/5×5/20L。

压电叠堆陶瓷的正压电效应可用做传感器。

居里兄弟于1880年在对电气石晶体测试过程发现了压电效应。

>> 逆压电效应

对压电材料施加电压,可使其尺寸发生改变,从而产生微纳米运动,即电能转换成位移。

李普曼预言了逆压电效应的存在,居里兄弟个通过实验证明了逆压电效应存在。

压电陶瓷促动器的材料是PZT(锆钛酸铅)。对于电致伸缩效应,使用的材料是PMN(铌镁酸铅)。

存在大量不同的PZT材料用作压电陶瓷促动器。它们具有不同的特性,如不同的居里温度、电荷常数、弹性顺应性等,且它们的应用领域也不同。这些特性为压电促动器开辟了广泛的应用领域,如模态分析、材料测试中大出力的产生等动态应用,以及定位应用等。

在谈及压电促动器时,经常使用的短语“压电效应”, 严格来说,促动器使用的是压电材料的“逆压电效应”。
压电叠堆陶瓷作为促动器,可应用于定位操作,也可用于高频操作,且必须在压电陶瓷驱动电源的驱动下才能产生微纳米的促动运动。

对于定位或半静态使用,所需的电流非常小。由于压电陶瓷的高阻抗,不需要很大电流来维持一个位置。对于动态应用,就需要较大的电流,并且要考虑负载情况及压电叠堆陶瓷的电容。

芯明天压电陶瓷促动器

使用芯明天压电陶瓷驱动电源驱动压电叠堆陶瓷,步进分辨率可达几纳米,频率高达几十兆赫兹。

>> 压电叠堆陶瓷促动器应用举例

压电式喷射点胶阀

压电式喷射点胶阀是非接触式喷射点胶阀,压电陶瓷作为压电喷射点胶阀的关键部件,通过其差分微运动,控制喷射阀门的开与关。采用的是芯明天E52压电微点胶阀控制器及DJF系列压电叠堆陶瓷。

优异的点胶精度和工艺控制。非接触式的点胶方式,消除Z轴移动从而实现更高的生产效率而且避免针头碰撞工件进而提高了良品率。芯明天配套控制可驱动10 μF负载达50μs的阶跃时间。

广泛应用于贴装胶、导电银浆、IC封装胶、底部填充胶、密封胶、表面涂敷胶等各类胶粘剂的可控流量、高速点胶作业。

可调谐光纤激光器

当激光器被锁定在特定波长后,为了避免强烈的关门振动和激光器平台上的敲击振动等使其脱离锁定的波长,需要采用防震设计,而其原理是基于PZT叠堆压电陶瓷,利用压电叠堆陶瓷的体积小、超快速响应及微纳米运动精度等特点。

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