Ciri-ciri keramik piezoelektrik dan efek piezoelektrik
Keramik yang memiliki" efek piezoelektrik" pada transduser ultrasonik disebut keramik piezoelektrik. Keramik piezoelektrik biasanya dibentuk oleh reaksi kimia antara beberapa senyawa pengoksidasi atau senyawa asam karbonat selama proses sintering. Proses pembuatannya mirip dengan keramik elektronik biasa.
Keramik piezoelektrik adalah pilihan yang lebih disukai untuk membuat transduser ultrasonik karena kekuatan fisiknya yang tinggi, kelembaman kimianya, dan biaya pembuatannya yang relatif murah. Keramik piezoelektrik dapat digunakan untuk membuat barang-barang seperti transduser ultrasonik, kapasitor keramik, sensor, dan aktuator.
Karakteristik keramik piezoelektrik
Keramik piezoelektrik adalah bahan piezoelektrik buatan manusia. Bahan piezoelektrik merupakan bahan yang dapat menghasilkan listrik karena adanya tegangan mekanik. Ketika tegangan diberikan, bahan piezoelektrik berubah bentuk. Semua bahan piezoelektrik bersifat non-konduktif sehingga menghasilkan efek piezoelektrik dan kerja.
Keramik piezoelektrik menghasilkan tegangan yang sesuai dengan tegangan mekanis yang diterapkan. Biasanya digunakan sebagai pemanen energi, penyala gas dan sensor untuk mendeteksi tekanan, percepatan dan kecepatan sudut.
Keramik piezoelektrik menghasilkan perpindahan yang sesuai dengan tegangan yang diberikan. Ini biasanya digunakan untuk aplikasi aktuator linier seperti injektor piezoelektrik, sistem pemosisian nano dan anti-getaran. Dibandingkan dengan aktuator elektronik dan hidrolik, keramik piezoelektrik memiliki keunggulan respon yang cepat, tekanan tinggi dan resonansi operasi yang presisi.
Keramik piezoelektrik memiliki getaran alami dalam hal bentuk dan ukurannya. Ketika medan listrik dengan frekuensi tertentu (disebut frekuensi resonansi) diterapkan, keramik piezoelektrik akan bergetar dengan amplitudo yang besar, sehingga menunjukkan arus maksimum. Fitur ini digunakan pada vibrator ultrasonik, seperti mesin cuci, humidifier, sonar, filter sinyal listrik, dan motor ultrasonik.
Bahan keramik piezoelektrik
Material seperti barium titanate, lead zirconate titanate dan lithium niobate merupakan bahan baku utama pembuatan keramik piezoelektrik. Mereka adalah beberapa bahan sintetis dan telah terbukti memiliki kapasitas pembangkit listrik yang lebih besar daripada kebanyakan bahan alami. Timbal zirkonat titanat (PZT) adalah bahan baku paling umum untuk membuat keramik piezoelektrik. Itu dibuat dan diproduksi dari dua elemen kimia (pada suhu tinggi), timbal dan zirkonium.
Lembaran keramik piezoelektrik untuk transduser
Keramik PZT memiliki sensitivitas yang lebih tinggi dan suhu kerja yang lebih tinggi dibandingkan keramik piezoelektrik lainnya. Ciri khas PZT adalah piezoelektriknya yang besar. PZT memiliki struktur kristal tipe perovskit, yang cocok untuk mewujudkan piezoelektrik yang besar. Selain itu, fungsi dapat ditingkatkan melalui optimalisasi komponen.
Efek piezoelektrik
Kristal tak beraturan berkumpul bersama sebagai bahan piezoelektrik. Struktur kristal ini tidak simetris, tetapi tetap ada dalam keseimbangan elektrik netral. Namun, begitu tekanan mekanis diterapkan pada kristal piezoelektrik ini, strukturnya akan berubah bentuk dan atom akan didorong untuk menghasilkan kristal yang dapat menghantarkan arus. Jika Anda menggunakan kristal piezoelektrik yang sama dan menerapkan arus listrik padanya, kristal tersebut akan mengembang dan berkontraksi, sehingga mengubah energi listrik menjadi energi mekanik.
Keramik piezoelektrik merupakan bahan piezoelektrik dan memiliki" efek piezoelektrik" yang biasanya dimiliki bahan piezoelektrik. Efek piezoelektrik disebabkan oleh interaksi elektromekanis linier antara keadaan mekanik dan keadaan listrik pada bahan kristal. Efek piezoelektrik dibagi menjadi piezoelektrik langsung dan efek piezoelektrik terbalik. Efek piezoelektrik dapat dibalik. Ketika gaya eksternal yang sangat kecil bekerja padanya, ia dapat mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Setelah tegangan AC diterapkan antara kelompok lembaran keramik piezoelektrik, energi listrik akan dibalik menjadi energi mekanik.
Efek piezoelektrik langsung
Efek piezoelektrik langsung disebabkan oleh tegangan langsung pada material. Ini terjadi ketika dua pelat logam biasanya digunakan untuk memberikan tekanan pada sepotong bahan piezoelektrik (seperti kristal atau keramik). Cukup dengan menempatkan kristal piezoelektrik di antara dua pelat logam, saat ini, material dalam keseimbangan sempurna dan tidak mengalirkan arus. Begitu pelat logam memberikan tekanan mekanis pada material, ketika kristal terganggu oleh tekanan atau tegangan lainnya, ketidakseimbangan muatan akan menyebabkan perbedaan. Muatan negatif dan positif yang berlebihan muncul di sisi berlawanan dari permukaan kristal. Pelat logam mengumpulkan muatan ini, yang dapat digunakan untuk menghasilkan tegangan dan mengirimkan arus melalui rangkaian. Proses ini merupakan efek piezoelektrik langsung.
Membalikkan efek piezoelektrik
Kristal piezoelektrik ditempatkan di antara dua pelat logam, dan struktur kristal berada dalam keseimbangan sempurna tanpa perubahan apa pun. Setelah energi listrik diterapkan pada kristal, struktur kristal berkontraksi dan mengembang. Ketika struktur kristal mengembang dan menyusut, ia mengubah energi listrik yang diterima dan melepaskan energi mekanik dalam bentuk gelombang suara. Arus memaksa atom dalam material bergetar bolak-balik. Proses ini disebut efek piezoelektrik terbalik. Efek piezoelektrik terbalik membantu mengembangkan perangkat yang menghasilkan gelombang suara, seperti speaker dan buzzer.
Sebagai elemen inti dari transduser ultrasonik, keramik piezoelektrik PZT-8 memiliki faktor kualitas Qm yang lebih tinggi, suhu kerja aman yang lebih tinggi (suhu Curie) dan kehilangan dielektrik yang lebih rendah (tanδ). Ini juga menjamin efisiensi dan stabilitas konversi elektromekanis yang tinggi.
