Piezoelektrischer Effekt und sein Prinzip
Das Prinzip des piezoelektrischen Effekts beruht darauf, dass durch Druck auf ein piezoelektrisches Material eine elektrische Potenzialdifferenz erzeugt wird (direkter piezoelektrischer Effekt). Umgekehrt erzeugt eine elektrische Spannung mechanische Spannung (inverser piezoelektrischer Effekt). Piezoelektrische Keramiken können also mechanische Energie in elektrische Energie umwandeln und umgekehrt, wodurch eine faszinierende Wechselwirkung entsteht.
Direkter piezoelektrischer Effekt
Wird ein piezoelektrisches Material einer äußeren Kraft in fester Richtung ausgesetzt, kommt es zur inneren Polarisation, wodurch gleichzeitig entgegengesetzt geladene Oberflächen entstehen. Nach Wegfall der äußeren Kraft kehrt das Material in seinen ungeladenen Zustand zurück. Eine Änderung der Richtung der einwirkenden Kraft verändert die Polarität der Ladungen. Die erzeugte Ladungsmenge ist direkt proportional zur Stärke der einwirkenden Kraft. Dieses Phänomen wird als direkter piezoelektrischer Effekt bezeichnet. Die meisten piezoelektrischen Sensoren nutzen den direkten piezoelektrischen Effekt.
Umgekehrter piezoelektrischer Effekt
Wird an ein piezoelektrisches Material ein elektrisches Feld angelegt, kommt es zu einer mechanischen Verformung in bestimmten Richtungen. Das Ausmaß der Verformung ist proportional zur Stärke des externen elektrischen Feldes. Dieses Phänomen wird als inverser piezoelektrischer Effekt bezeichnet. Geräte, die diesen Effekt nutzen, finden Anwendung in der Ultraschalltechnik und in der Mikrobewegungstechnik.
I. Grundstruktur und Funktionsprinzip von rohrförmigen piezoelektrischen Keramiken
Rohrförmige piezoelektrische Keramiken sind rohrförmige Bauteile aus piezoelektrischem Keramikmaterial. Ihr Hauptaufbau besteht aus einem rohrförmigen Keramikkörper, einer äußeren und einer inneren Elektrode. Die äußere und die innere Elektrode befinden sich jeweils nahe der äußeren bzw. inneren Oberfläche des rohrförmigen Keramikkörpers, wobei ein bestimmter Abstand zwischen ihnen eingehalten wird.
Unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes bewirken die unterschiedlichen elektrischen Felder, die von den äußeren und inneren Elektroden induziert werden, eine Druckverformung und Verzerrung des rohrförmigen Keramikkörpers. Dadurch weisen rohrförmige piezoelektrische Keramiken piezoelektrische Eigenschaften und einen Kopplungseffekt auf, wodurch sie sich für Anwendungen wie Ultraschallsensoren, akustische Filter, akustische Generatoren und drahtlose Kommunikation eignen.
II. Schwingungsrichtung von rohrförmigen piezoelektrischen Keramiken
Die Schwingungsrichtung von rohrförmigen piezoelektrischen Keramiken ist ein kritischer Faktor, der bei Konstruktion, Fertigung und Anwendung besondere Aufmerksamkeit erfordert. Die Schwingungsrichtung wird typischerweise durch die Elektrodenpolarität und die spezifischen Anwendungsanforderungen bestimmt. Bei Konstruktion und Fertigung müssen Elektrodenpolarität und Schwingungsrichtung anhand der beabsichtigten Anwendung und der Betriebseigenschaften festgelegt werden.
Im Allgemeinen sollte die Schwingungsrichtung von rohrförmigen piezoelektrischen Keramiken senkrecht zur piezoelektrischen Richtung des Keramikmaterials verlaufen. Das bedeutet, dass die Schwingungsrichtung des Keramikrohrs senkrecht zur Richtung des elektrischen Feldes ist, wenn ein elektrisches Feld angelegt wird. Diese Anordnung verbessert effektiv die Effizienz und Zuverlässigkeit von rohrförmigen piezoelektrischen Keramiken und reduziert gleichzeitig deren Temperaturempfindlichkeit und Ausfallrate.
III. Anwendungsszenarien und Betriebseigenschaften von rohrförmigen piezoelektrischen Keramiken
Röhrenförmige piezoelektrische Keramiken weisen piezoelektrische und Kopplungseffekte auf und haben folgende Anwendungsszenarien und Betriebseigenschaften:
1. Ultraschallsensoren
Röhrenförmige piezoelektrische Keramiken können in Ultraschallsensoren integriert werden. Durch Anlegen eines elektrischen Feldes zur Erzeugung von Schwingungen wandeln sie akustische Wellen in elektrische Signale zur Detektion um.
2. Akustische Wellenfilter
Röhrenförmige piezoelektrische Keramiken können in akustischen Wellenfiltern eingesetzt werden. Durch Anlegen eines elektrischen Feldes erzeugen sie Schwingungen, um unerwünschte Frequenzsignale herauszufiltern.
3. Akustische Wellengeneratoren
Röhrenförmige piezoelektrische Keramiken können in akustischen Wellengeneratoren eingesetzt werden. Durch Anlegen eines elektrischen Feldes versetzen sie sich in Schwingung und erzeugen so akustische Wellensignale mit spezifischen Frequenzen.
4. Drahtlose Kommunikation
Röhrenförmige piezoelektrische Keramiken können in der drahtlosen Kommunikation eingesetzt werden. Durch Anlegen eines elektrischen Feldes versetzen sie sich in Schwingung und wandeln so elektrische Signale in akustische Wellensignale zur Übertragung um.
Norwegen’Das Produktsortiment umfasst spezialisierte Keramikwerkstoffe. Diese Produkte finden breite Anwendung in verschiedenen High-End-Branchen, darunter Elektronik, Maschinenbau, Chemie, Metallurgie, neue Energien und Halbleiter.