Piezoelektrična keramikasu funkcionalni materijali koji mogu pretvoriti mehaničku energiju u električnu energiju, i obrnuto. Zbog ovog jedinstvenog svojstva, oni se široko koriste u senzorima, aktuatorima i preciznim kontrolnim sistemima.
O piezoelektričnom efektu
Osnovni princip iza piezoelektrične keramike je piezoelektrični efekat, koji radi na dva načina:
1. Direktan piezoelektrični efekat(mehanički → električni)
Kada se primeni pritisak, sila ili vibracija, unutrašnja kristalna struktura se deformiše i stvara električni naboj (napon).
Tipične primjene:
Senzori
Mikrofoni
Upaljači plinskih upaljača
2. Inverzni piezoelektrični efekat(Elektrika → Mehanička)
Kada se primijeni napon, materijal se lagano širi ili skuplja, stvarajući precizno mehaničko kretanje.
Tipične primjene:
Precizni aktuatori
Ultrazvučni pretvarači
Inkjet glave za štampanje
Uobičajeni materijal: PZT (olovni cirkonat titanat)
Najrasprostranjenija piezoelektrična keramika je PZT (olovo cirkonat titanat).
Ostaje industrijski standard zbog:
Visok piezoelektrični koeficijent
Dobra termička stabilnost (visoka Curie temperatura)
Pouzdan i dosljedan učinak
Fleksibilno oblikovanje i obrada
Isplativost{0}
Ključne primjene piezoelektrične keramike
Piezoelektrična keramika se koristi u mnogim industrijama, posebno tamo gdje su preciznost, brzina i kompaktna veličina kritične:
Sistemi paljenja
Kod gasnih upaljača, mehanički udar trenutno stvara visok napon, stvarajući iskru za paljenje goriva.
Zujalice i zvučnici
Piezoelektrične ploče vibriraju pod naizmjeničnim naponom da bi proizvele zvuk. Uobičajeno u alarmima, tajmerima i automobilskim sistemima.
Ultrazvučni uređaji
Koristi se u:
Medicinsko ultrazvučno snimanje
Ultrazvučni čistači
Ovlaživači
Oni generišu i primaju{0}}zvučne talase visoke frekvencije sa velikom efikasnošću.
Precizno kretanje i pozicioniranje
Široko se koristi u:
Sistemi autofokusa kamere za pametne telefone
Mikro/nano faze pozicioniranja
Glave inkjet štampača
Prednosti i ograničenja
Prednosti
>Izuzetno brz odziv (mikrosekunde)
>Visoka preciznost pozicioniranja (nanometarski{0}}nivo)
>Kompaktna veličina
>Imun na elektromagnetne smetnje
Ograničenja
>Krhak i sklon pucanju
>Performanse se mogu pogoršati pod dugotrajnim-visokim DC naponom
>Ograničeni pomak (obično mikrometarski{0}}nivo, često zahtijevajući mehanizme pojačanja)
Zaključak
Piezoelektrična keramika djeluje kao direktna veza između mehaničkog kretanja i električnih signala.
Zahvaljujući svojoj brzini, preciznosti i pouzdanosti, postali su bitne komponente u modernoj elektronici, senzorskim sistemima i ultrazvučnim tehnologijama, te nastavljaju igrati ključnu ulogu u naprednoj proizvodnji i visokotehnološkim aplikacijama.
