Ядро п'єзоелектричної технології базується наП'єзоелектричний ефект, що стосується явища, де певні кристали (такі як кварц, п'єзоелектрична кераміка, PVDF тощо) генерують заряди при механічному напрузі або зазнають деформації під дією електричного поля. Його можна спеціально розділити на два типи ефектів:
Позитивний п'єзоелектричний ефект (механічна енергія → електрична енергія)
Коли кристал піддається механічним напруженням, таким як тиск і напруга, змінюється внутрішній розподіл заряду та рівну кількість протилежних пронумерованих зарядів на поверхні, утворюючи різницю потенціалу. Наприклад, при натисканні на п'єзоелектричний керамічний аркуш слабкий струм буде генеруватися на обох кінцях.
Зворотний п'єзоелектричний ефект (електрична енергія → механічна енергія)
Коли на обох кінцях кристала наноситься електричне поле, його структура решітки зазнає оборотної деформації (подовження або скорочення), а ступінь деформації пропорційна міцності електричного поля. Наприклад, застосування змінної напруги до п'єзоелектричної кераміки генерує високочастотні вібрації.
1. Поля застосування п'єзоелектричних технологій
(1) точний привід та позиціонування (зворотний п'єзоелектричний ефект)
①piezoelectric двигун: Використання високочастотної вібрації п'єзоелектричних матеріалів для приводу обертання ротора, він має характеристики швидкої реакції, високої точності та відсутність електромагнітних перешкод. Він зазвичай використовується для точного контролю переміщення літографічних машин та обладнання для виробництва напівпровідників.
Платформа нанопозиційної платформи: Досягнення нанометра (або навіть суб-нанометра) точність переміщення за допомогою зворотного п'єзоелектричного ефекту, застосованого до передового наукового дослідницького обладнання, такого як мікроскопія скануюча тунелювання (STM) та атомна силова мікроскопія (AFM).
③Piezoelectric Swing Table\/Rotary Table: Як було сказано раніше, продукти Xinmei використовуються для регулювання лазерного оптичного шляху, вирівнювання напівпровідників вафель, калібрування кута оптичного компонента та інших сценаріїв для досягнення точного контролю кута на другому рівні мікрота.
(2) Датчики та збирання енергії (позитивний п'єзоелектричний ефект)
① Датчик тиску\/вібрації: П'єзоелектричні матеріали можуть перетворювати механічну вібрацію або тиск на електричні сигнали для моніторингу вібрації мосту, діагностики несправностей двигуна, монітори артеріального тиску тощо.
Hearvester: Пієзоелектрична енергія: перетворює енергію вібрації в навколишньому середовищі (наприклад, водіння автомобіля, кроки, механічна експлуатація) в електричну енергію, забезпечуючи енергію для пристроїв малої потужності, таких як датчики IoT та бездротові мікросхем, досягнення "самооброблення".
(3) Акустика та ультразвукове поле
①ultrasonic Transducer: використовує зворотний п'єзоелектричний ефект для генерування високочастотних ультразвукових хвиль для медичного ультразвукового зображення (B-ультразвуку), промислові неруйнівні тестування (виявлення внутрішніх тріщин у металах) та ультразвукове очищення (очищення частин через кавітацію).
②Piezoelectric Dibeer\/Microphone: динамік видає звук шляхом вібраційних п'єзоелектричних матеріалів, тоді як мікрофон генерує електричні сигнали, стискаючи п'єзоелектричні матеріали звуковими хвилями. Він зазвичай використовується на невеликих аудіопристроях, таких як слухові апарати та навушники.
(4) Медична та біотехнологія
①Piezoelectric Microfluidic Chip: використовується для біологічних експериментів, таких як скринінг лікарських засобів та розділення клітин шляхом контролю над потік рідини в мікроканалах через п'єзоелектричну вібрацію.
②Piezoelectric хірургічні інструменти, такі як п'єзоелектричні кісткові пилки, використовують високочастотну вібрацію для досягнення точного різання та зменшення пошкодження тканин, що робить їх придатними для малоінвазивної ортопедичної хірургії.
(5) Електроніка та розумні пристрої
① Mobile Vibration Motor: Деякі мобільні телефони високого класу використовують п'єзоелектричні вібратори, які мають характеристики більшої відповіді та більш ніжного вібраційного режиму порівняно з традиційними ексцентричними моторами колеса (наприклад, таптичним двигуном iPhone).
Модуль розпізнавання відбитків: П'єзоелектричні датчики відбитків пальців розпізнають схеми відбитків пальців через зміни заряду, спричинені тиском, що має переваги анти забруднення та високу точність розпізнавання.
2.Тіпічні випадки застосування
(1) Виробництво напівпровідників: У літографічних машинах п'єзоелектричні наноплатформи використовуються для контролю точного руху літографічних лінз, забезпечуючи точність експозиції рівня нанометра.
(2) нові енергетичні транспортні засоби: п'єзоелектричні датчики використовуються для моніторингу вібрації та тиску акумуляторних пакетів, забезпечуючи безпеку акумулятора; П'єзоелектричний енергетичний комбінат може перетворити енергію вібрації шини в електричну енергію на енергію на бортових електронних пристроях.
(3) Аерокосмічний: П'єзоелектричні матеріали використовуються для виготовлення високодорожніх датчиків тиску, які контролюють зміни тиску повітря та температури всередині двигунів літальних апаратів.
3.тологічні переваги та проблеми
(1) Переваги: швидка швидкість реакції (рівень наносекунд), висока точність (нанометр\/мікро -кут другого рівня), компактна структура, відсутність електромагнітних перешкод, придатних для екстремальних середовищ, таких як висока температура та вакуум.
(2) Виклик: Низька сила виводу (вимагає механізму посилення), висока напруга водіння (як правило, десятки до сотень вольт), потенційні проблеми старіння втоми під час тривалого використання, які необхідно вдосконалити за допомогою оптимізації матеріалу (наприклад, п'єтанат цирконатного титанату Piezoelectric PZT) та конструкція ланцюга.
П'єзоелектрична технологія з її унікальними характеристиками "електромеханічної зв'язку" поширюється від традиційних сфер до передових напрямків, таких як інтелектуальне виробництво, квантова технологія та біомедицина, що стає однією з основних підтримки мікро-нано-технології.
