陶瓷压电材料-弹簧和喇叭

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文章由本·皮尔金顿12/02/2020更新

陶瓷弹簧已经存在科学新奇物品自1970年代以来,所产生的一种特殊处理技术。一个早期的例子,在帝国化学工业公司(ICI)在英国在1980年代初,是水泥的春天,它实现了名人的地位。

英国伯明翰大学的研究人员一直在进行投机研究陶瓷弹簧,与应用功能材料有限公司,这是一个从大学的子公司,已经到达了一些激动人心的潜在应用这些设备,直到最近,被认为只是一个有趣的特点。欧洲杯足球竞彩如果一个压电陶瓷材料,如锆钛酸铅、钛)是用来形成一个春天,很多有用的东西开始成为可能,包括一个革命性的新方法使音频扬声器。这些想法和设备都依赖于一些聪明的陶瓷加工、压电现象。

粘性聚合物处理(VPP)

ICI工业研究组织负责水泥春天也让其他陶瓷弹簧作为副产品的研究被称为粘性聚合物处理(VPP)。这种技术创建了一个高粘性儿童模特般的物质,由精密陶瓷粉末粒子分散在聚合物和溶剂凝胶结构。欧洲杯猜球平台材料是形成使用非常高的剪切力破坏任何团聚体粉末,缺陷的主要原因在脆性材料如水泥和烧结陶瓷。欧洲杯足球竞彩

这导致密集,很均匀,机械强大的陶瓷。粘性材料处理可以倍常规处理。欧洲杯足球竞彩此外,由于其“绿色”材料是高度塑料有力的状态,各种形状的产品,同时保持高强度的优点和容易处理。弹簧的各种形式非常适合展示这个过程,作为一个弹簧结构可以在统一的高度紧张和可见的方式,通常用手。看到陶瓷材料的弹性变形明显很大程度上改变很多人对陶瓷的能力的看法。

Piezoelectics

除了VPP,压电最近在AFM工作是一个关键因素。压电是一个机电现象常见到许多不同的材料,但通常只有当它们以单晶形式。欧洲杯足球竞彩这种材料性质与原子在晶格的排列,从而导致净极化和电场和材料应变之间的联系。最广为人知的压电材料是石英,裂片的发现在每一个电子表和计算机,产生非常稳定的高频振动。

重要的是要注意,最常见的压电材料是基于多晶陶瓷。传统陶瓷加工后,这些材料可以连接的的模仿单晶效应——通常在更大程度上。欧洲杯足球竞彩还原过程,类似于用于磁性材料,使用高电场和温度升高使显微镜下小压电领域内的多晶材料。欧洲杯足球竞彩这产生一个净极化的方向。切除后的剩余极化场允许较小的电场产生机械应变立杆的方向。

应用程序

气体用水

施加电场在一块压电材料引起轻微的相应的应变发展的方向。相反,应用应变引起电场建立在材料。在图1中,说明了此过程为一个简单的圆柱形压电装置。典型设备的操作所涉及的压力非常小,一般不大于0.1%。

这样的固体块压电气体用水的基础;事实上,一个巨大的影响在一块会产生一定的电压足以创建一个火花。也有许多其他应用程序等用水的高频应用超声波探头,本质上是涉及的位移很小,或者极其精确的微nano-positioning,如原子力显微镜。

图1所示。当电压在一个连接的电极压电设备,材料膨胀的方向垂直于磁场场和合同。当一个力是应用于压电材料,产生的电场。

Piezo-Sounders在烟雾报警器

放大技术可以用来获取更明显应变压电材料。欧洲杯足球竞彩最常见的设备用来放大效应是单,如图2所示。单是一盘压电材料金属圆盘。如果单内的压电层试图收缩或扩大在电场下,盘弯曲,导致盘的中心相对于边缘。这是机制piezo-sounder相同,这是一个极其广泛使用陶瓷压电设备中找到电话,烟雾报警器,高频高音和许多其他项目,作品。

图2。单弯曲设备。当一个薄圆盘压电材料连着一个金属衬底,电压应用程序随后导致设备弯曲和生产放大动作或声音的方向垂直于板。较低的图形显示了双压电晶片零件弯曲机做一个三明治结构内部电极允许一半把,另一把,给了两次单的运动

视频读头

更多的技术应用,使用压电双压电晶片零件,如图2所示。压电双压电晶片零件是反映单,电极设计这一层,另一把,造成弯曲的增加。这些设备用于应用程序需要更多的运动与小部队。最常见的应用是视频读头调节器,它消除了干扰当定格一个录像。

压电式弹簧和喇叭

额外的驱动,事情开始变得困难陶瓷压电材料。制作更长的弯曲机设备允许增加驱动;然而,这必须以牺牲减少部队和脆弱性增加。一个可能的解决这个问题的方法是创建一个更灵活的结构,如一个春天。

在考虑弹簧作为执行机构,更容易看春天压电产生电信号,而不是运动。这样的泉水形成绿色陶瓷国家通过绕组挤压管前需要的直径和螺距。春天就在耐火陶瓷烧结前的大小,使烧结收缩。

将电极应用于前者,管的外表面,同时在径向支撑材料,产生一个vibration-sensing设备。春天是非常灵活的,共振可调谐频率低至10 hz,适当的地震。设备就变成了竞争对手更传统的电磁检波器。驱动效果不是很好,和弹簧不能提供太多的力或位移,除非在共振。

使用正确的电极配置,位移一样大几个毫米(mm)可以实现从这样一个春天。然而,尽管春天的简单形式的一个重大进步,这种类型的设备也是无效率的。这是因为电极之间的所有的材料不是激活以相同的程度,和物质在电极下面只是阻碍运动。

这些信息,因此,权证的问题——什么样的压电春天可以生成的动作可能会有用吗?一个潜在的突破性的装置是一种革命性的新数字扬声器,提出了由英国剑桥机电有限公司公司剑桥机电一体化扬声器是由一组小,相同,独立驱动的传感器,每一个都有一个压电弹簧内,如图3所示。活跃的部分传感器在本德的形式,这是类似于双压电晶片零件,发现设备而是盘绕在一种内在的核心包含轴承和可移动的核心。

图3。剖视图数字扬声器的驱动装置。

当驱动,本德试图线圈或展开,从而影响直线轴承内部的压力。如果这个卷比另一个更大的一端,或如果锥形的内部核心,核心将被迫沿着线圈的轴线与外加电压。这个动作是类似于手挤压产生的湿肥皂——你越挤,soap芽越快。关键是“紧缩”的小运动产生更大的运动的核心。旁边这个运动产生运动在空气中,因此会产生噪音。

通过人类音频感知的技巧,这些设备产生的数组一个连贯的声音形象的演说家。这是在某些方面类似于电脑或智能手机显示屏,由许多小元素,否则称为像素,这本身是无意义的,但是,当放在一起,创建一个图像。

从实验室的好奇心没有明显的应用程序中,压电陶瓷弹簧已成为一个令人兴奋的新的跨学科的研究领域。这些结构显示巨大的潜力为新类型的作动器和传感器,和这些弹簧,在他们的各种形式,可以大大增加压电材料的领域,让他们更加现代科技的有效组成部分。欧洲杯足球竞彩