Ứng dụng công nghiệp của gốm áp điện
Gốm áp điện là vật liệu chức năng phi kim loại vô cơ công nghệ cao mới. Với việc liên tục nghiên cứu chuyên sâu và cải tiến các vật liệu và quy trình, việc áp dụng công nghệ gốm áp điện ngày càng trở nên rộng rãi hơn. Vật liệu áp điện đã được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực cảm biến, bộ truyền động, đầu dò, thử nghiệm không phá hủy và công nghệ truyền thông như vật liệu nhạy cảm về cơ, điện, âm thanh, ánh sáng và nhiệt. Với sự phát triển của công nghệ cao, việc áp dụng gốm áp điện sẽ ngày càng rộng hơn.
Vật liệu cơ bản là một yếu tố quan trọng trong việc xác định hiệu suất sản phẩm. Hiện nay, vật liệu gốm áp điện có khả năng chịu nhiệt độ cao, chịu áp suất cao, độ nhạy cao và tổn thất thấp là hướng nghiên cứu và phát triển được công nhận của ngành công nghiệp toàn cầu. Mặc dù có nhiều nghiên cứu về vật liệu gốm áp điện không chì nhưng vẫn chưa đạt đến mức độ thực tế. và không thể thay thế gốm áp điện có chứa chì hiện có trong thời gian ngắn.
Sự ra đời của kỷ nguyên Internet di động và sự xuất hiện của nhu cầu về thiết bị đầu cuối nhỏ và siêu mỏng, độ tin cậy cao và tiêu thụ điện năng thấp đã tạo cơ hội tốt cho việc ứng dụng và phát triển các sản phẩm gốm áp điện. Đặc biệt, các sản phẩm nhiều lớp có thể được chế tạo thành máy thu áp điện, loa loa, hệ thống âm thanh vỏ sau điện thoại di động, hệ thống âm thanh rung màn hình, micrô MEMS, bộ chuyển đổi bù tần số cao áp điện, v.v. Các sản phẩm truyền thống là lựa chọn tốt nhất cho thiết bị đầu cuối thông tin di động. Sản phẩm mỏng hơn là xu hướng của tương lai.
Các thiết bị gốm áp điện không chỉ được sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm công nghiệp và dân dụng mà còn có nhiều ứng dụng trong quân đội. Ví dụ, gốm áp điện được chế tạo thành bộ chuyển đổi âm thanh dưới nước, có thể được sử dụng như một cặp "mắt" sáng cho tàu ngầm hạt nhân, có thể thực hiện thuận lợi việc điều hướng dưới nước, liên lạc, trinh sát tàu địch và dọn dẹp thủy lôi của đối phương. Ngòi áp điện có thể đốt cháy và kích nổ chính xác bom xuyên giáp và các loại vũ khí sát thương khác; bộ truyền động vi dịch chuyển áp điện là một thành phần quan trọng không thể thiếu trong các hệ thống định vị chính xác; con quay áp điện làm bằng gốm áp điện không thể thiếu trong hàng không vũ trụ. "Người lái tàu" bị mất tích, v.v.
Gốm áp điện được sử dụng trong một loạt các ứng dụng. Một số ứng dụng chính được liệt kê dưới đây:
(1) Đầu dò điện âm
Đầu dò điện âm chủ yếu được sử dụng trong các báo động khác nhau, micrô dẫn truyền qua xương, máy thu, loa áp điện, v.v.
Chuông báo có thể được sử dụng cho tất cả các loại chuông báo thiết bị gia dụng, chuông báo khói, chuông báo trộm ô tô, chuông báo cháy, chuông báo an toàn cá nhân, v.v. để chuyển tín hiệu thoại thành tín hiệu điện. Một thế hệ máy phát chống tiếng ồn mới được truyền đến đầu nhận, những chiếc tai nghe Bluetooth như vậy hiện đang có sẵn ở Nhật Bản; máy thu và loa áp điện có đặc điểm là siêu mỏng và tiêu thụ điện năng thấp.
Đầu dò điện âm được sử dụng trong báo động nói chung vẫn chưa thay thế sản phẩm và vẫn có thị trường rộng lớn, trong khi báo động áp suất âm thanh cao trong môi trường đặc biệt sẽ có mức báo động tăng cao hơn; Với sự phát triển của mức tiêu thụ điện năng, máy thu và loa áp điện sẽ trở thành lựa chọn tốt nhất cho thiết bị đầu cuối di động và có triển vọng thị trường tốt.
(2) Đầu dò siêu âm
Đầu dò siêu âm thích hợp cho động cơ siêu âm, nguyên tử hóa siêu âm, sonar, làm sạch siêu âm, hàn siêu âm, làm đẹp siêu âm, xử lý siêu âm, nhân giống siêu âm, đo từ xa và điều khiển từ xa, giám sát giao thông, phát hiện rò rỉ, phát hiện dòng chảy và nhiệt, thu thập thông tin hình ảnh robot , vân vân.
Hiện tại không có sản phẩm thay thế nào cho đầu dò siêu âm và thị trường ứng dụng của nó đang phát triển ổn định. Đặc biệt, hệ thống sưởi phía Bắc sẽ thực hiện đo đếm và tính phí nên cảm biến nhiệt sẽ có thị trường rộng lớn.
(3) Đầu dò âm thanh dưới nước
Trong các trận hải chiến, thứ khó đối phó nhất là tàu ngầm, chúng có thể ngụp lặn trong thời gian dài dưới biển và vô tình tấn công các cảng, tàu thuyền, khiến quân địch vô cùng đau đầu. Làm thế nào để tìm thấy tàu ngầm của đối phương? Bạn không thể dựa vào mắt mình, cũng như không thể sử dụng radar, vì sóng điện từ sẽ suy giảm mạnh trong nước biển và không thể truyền tín hiệu hiệu quả. Việc phát hiện tàu ngầm dựa vào sonar—tai dưới nước. Gốm áp điện là vật liệu để chế tạo sonar. Nó phát ra sóng siêu âm, phản xạ trở lại khi gặp tàu ngầm. Sau khi được tiếp nhận và xử lý, có thể đo được phương vị và khoảng cách của tàu ngầm đối phương. Đây là một ứng dụng không thể thiếu của công nghệ quốc phòng, và sự phát triển của nó nằm ở chỗ tăng công suất phát và cải thiện độ nhạy thu, để có thể cải thiện hoàn toàn khoảng cách phát hiện.
(4) Hệ thống giảm rung áp điện
Hệ thống giảm rung áp điện có thể được chia thành giảm rung thụ động và giảm rung chủ động. Giảm rung động thụ động là chuẩn bị một lớp màng điện trở trên bề mặt gốm áp điện, gốm áp điện chuyển đổi rung động hoặc tiếng ồn thành năng lượng điện, dòng điện được chuyển thành năng lượng nhiệt thông qua màng điện trở và năng lượng nhiệt được xuất qua dây dẫn nhiệt để đóng vai trò giảm rung và giảm tiếng ồn; Giảm rung chủ động là kết hợp gốm áp điện trên vật thể được giảm rung, chuyển đổi dạng sóng rung của nó thành tín hiệu điện áp tương ứng và thực hiện rung ngược thông qua điều chỉnh pha và khuếch đại tới đầu dò được ghép nối với bộ phận rung, do đó Triệt tiêu rung để đạt được mục đích giảm rung động. Hiện tại không có nhiều ứng dụng loại này và hầu hết chúng vẫn đang trong giai đoạn thử nghiệm, chẳng hạn như hệ thống giảm tiếng ồn và giảm rung của máy tính theo yêu cầu của một số thiết bị quân sự, v.v., và sẽ có triển vọng thị trường tốt.
(5) Thiết bị truyền động áp điện
Các phần tử truyền động gốm áp điện được chia thành loại mở rộng bên nguyên khối, loại uốn cong, loại nhiều lớp, loại nhiều lớp bên, loại ống, loại chũm chọe, v.v. Chúng được sử dụng rộng rãi trong hàng không vũ trụ, kim phun đường ray thông thường, van thông minh tốc độ cao, Định vị nanomet , micromachining, hệ thống bù dịch chuyển con quay hồi chuyển laser, điều khiển biến dạng của gương biến dạng, ổ đĩa cứng (định vị đầu từ), dụng cụ quang học (điều chỉnh trục quang, điều chỉnh tiêu điểm), bơm áp điện, hệ thống dệt kim, đầu đọc mù, v.v. cơ cấu chấp hành rất khó về mặt kỹ thuật, hiện nay trên thế giới chỉ có một số hãng làm được. Trung Quốc có một khởi đầu chậm chạp. Hiện nay, máy dệt kim jacquard máy tính đã áp dụng bộ truyền động áp điện với số lượng lớn. , Pante Electric Ceramics đã trở thành một trong những nhà sản xuất có thể sản xuất đầy đủ các bộ truyền động áp điện, và các ứng dụng trong nước đang dần hình thành và dự kiến sẽ hình thành một thị trường lớn hơn trong tương lai.
(6) Khai thác năng lượng áp điện
Chăn áp điện (Nhật Bản đã sử dụng chăn áp điện để cung cấp năng lượng cho các biển báo tàu điện ngầm), giày áp điện (đặt thiết bị thu năng lượng áp điện ở đế giày để tạo ra điện khi đi bộ, có thể dùng để sạc pin và sưởi ấm thân giày, v.v.), Sản xuất năng lượng cơ bắp (cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện tử được cấy ghép trong cơ thể), thu hoạch năng lượng rung động của xe hybrid và xe điện hoàn toàn (không chỉ cải thiện hiệu quả giảm rung mà còn kéo dài thời gian tiết kiệm năng lượng bằng cách nạp năng lượng điện thu được vào pin) , phát điện từ sóng biển, v.v... Máy thu hoạch năng lượng gốm áp điện được sử dụng làm nguồn năng lượng vĩnh viễn cho các thiết bị điện tử sinh học. Dự án này đã được báo cáo và các tổ chức nghiên cứu trong nước đã bắt đầu nghiên cứu nó, điều này sẽ cứu những bệnh nhân cấy ghép thiết bị điện khỏi nỗi đau thay pin; việc thu hồi năng lượng rung động ô tô cũng sẽ trở thành một phần không thể thiếu của các loại xe chạy hoàn toàn bằng điện và hybrid; đất nước tôi có đường bờ biển dài và việc sản xuất điện từ sóng biển cũng sẽ trở thành nguồn năng lượng mới sạch nhất và chi phí thấp.
(7) Thiết bị tần số áp điện
Bộ cộng hưởng, bộ lọc, bẫy, v.v., làm bằng các đặc tính cộng hưởng của gốm áp điện, được sử dụng để tạo và xử lý tín hiệu tần số. Các thiết bị xử lý tần số thường được sử dụng như bộ lọc đang giảm nhanh chóng, vì vậy thị trường của nó đang trong giai đoạn thu hẹp nhanh chóng.
(8) Máy biến áp điện
Máy biến áp áp điện được sử dụng chủ yếu cho các nguồn điện có dòng điện nhỏ, điện áp cao. Đối tượng ứng dụng chính của nghiên cứu và phát triển ban đầu là nguồn cung cấp năng lượng đèn nền của màn hình tinh thể lỏng như máy tính xách tay, nhưng hiện nay hầu hết chúng đã sử dụng đèn nền LED và không còn cần nguồn điện cao áp và dòng điện thấp nữa, vì vậy bây giờ chỉ một số dùi cui điện nhỏ và máy tạo ion âm được sử dụng. thị trường ứng dụng rộng lớn.
(9) Bộ phận đánh lửa kích nổ áp điện
Đạn xuyên giáp do súng chống tăng bắn ra sẽ ngay lập tức phát nổ khi tiếp xúc với xe tăng, làm vỡ tan chiếc xe tăng. Điều này là do đầu đạn được trang bị gốm áp điện, có thể chuyển đổi lực cơ học mạnh khi chúng va chạm thành điện áp cao tức thời và phát ra tia lửa để kích nổ thuốc nổ. Bây giờ bếp ga và bật lửa cũng được làm bằng gốm áp điện. Chỉ cần bạn dùng ngón tay ấn vào nút đánh lửa, gốm áp điện trên bật lửa có thể tạo ra điện áp cao, tạo thành tia lửa điện và đốt cháy gas, sử dụng được lâu dài. Do đó, bật lửa áp điện không chỉ dễ sử dụng, an toàn và đáng tin cậy mà còn có tuổi thọ cao. Ví dụ, một chiếc bật lửa làm bằng gốm áp điện titanate chì có thể được sử dụng hơn 1 triệu lần. Hiện tại, không có sản phẩm thay thế nào tốt hơn để kích nổ các bộ phận đánh lửa và thị trường ứng dụng đang tăng lên đều đặn.
