Piëzo-materialen

Uit Technotheek
Ga naar: navigatie, zoeken
Piëzo-materialen
SchemaPiezo.gif
Eigenschappen
Categorie: Materialen
Handelsnamen: PZT (oxide van lood, zirkonium en titanium), Rochelle-zout.
Originele auteur: Frank Helling en Bjorn de Koeijer
Jaar: 2009
Wikipedia link: Piëzo-elektrisch effect

Inhoud

Beschrijving

Crystal structure of a traditional piezoelectric ceramic

Het piëzo-elektrisch effect is het vermogen van bepaalde kristallijne materialen om mechanische energie in elektrische energie om te zetten en omgekeerd.

Het directe piëzo-elektrisch effect is dat deze materialen, wanneer onderworpen aan mechanische spanning, een elektrische spanning evenredig aan die spanning produceren. Een voorbeeld van het gebruik van het directe effect kan gevonden worden in gasaanstekers. Piëzo-elektrische sensoren, zoals versnellings- en druksensoren, maken ook gebruik van dit effect.

Het omgekeerde piëzo-elektrisch effect is dat dezelfde materialen, wanneer een elektrisch veld wordt toegepast, gespannen worden. De spanning is ook hier evenredig aan het toegepaste elektrisch veld. Een voorbeeld van het gebruik van het omgekeerde piëzo-elektrisch effect wordt gevonden in zoemers. Piëzo-elektrische actuatoren, die bijvoorbeeld voor micropositionering kunnen worden gebruikt, baseren zich ook op het omgekeerde piëzo-elektrisch effect.

Piezo-materialen kunnen onderverdeelt worden in kwartskristallen (natuurlijk) en polykristallijne keramieken (kunstmatig).

Eigenschappen

  • Materialen zijn kristallijn;
  • Stijfheid in orde van grootte: 104*10^9 N/m^2;
  • Amplitude-bereik: rond 120 dB;
  • Acceleratie meetvermogen: 0,0001 g – 100 g;
  • Piëzo-elektrisch (dipool) bij T < Tc (met Tc = Curietemperatuur, materiaal-afhankelijk);
  • Niet piëzo-elektrisch bij T > Tc;
  • ‘Stapelbaar’ voor groter effect.

Physical and Piezoelectric Properties of APCI Materials

Piezotabel1.jpg Piezotabel2.jpg

Leveringsvormen

  • Schijven;
  • Staven;
  • Buizen;
  • Platen;
  • Blokken.

Be- en verwerkingstechnieken

Om een piëzo-elektrisch materiaal te maken, wordt fijn poeder van verschillende metaaloxides gemengd in bepaalde verhoudingen, waarna dit mengsel verwarmt wordt. Het poeder wordt daarna gemengd met een organisch bindmiddel en in structurele elementen die de gewenste vorm hebben (schijven, staven, platen, enz.) gevormd. Die elementen worden gebakken gedurende een bepaalde tijd en met een vastgestelde temperatuur. Hierdoor worden de poederdeeltjes aan elkaar gesinterd en krijgt het materiaal een dichte kristallijne structuur. De elementen worden daarna gekoeld, dan gevormd of aangepast aan de gewenste specificaties. Als laatste worden elektroden aangebracht op de juiste oppervlakken van het materiaal.

Toepassingen

  • Sensors;
  • Actuators;
  • Transformators;
  • Versterkers;
  • Luidsprekers;
  • Motoren;
  • Gitaarelementen;
  • Ontstekers;
  • Enzovoorts.

Voordelen

  • De ontwikkelde krachten bij aangelegde elektrische spanning kunnen groot zijn, en de verplaatsingen zijn snel en nauwkeurig;
  • Hoog frequentie- en amplitudebereik;
  • Makkelijk te produceren en te verwerken;
  • Relatief goedkoop.

Nadelen

  • Verplaatsingen bij aangelegde elektrische spanning zijn slechts gering;
  • Materialen kunnen alleen veranderingen in druk meten, geen absolute druk;
  • Temperatuursbereik is beperkt.

Milieuaspecten

Een groot deel van de algemeen gebruikte piëzo-materialen bevat lood, wat niet goed is voor het milieu. Er zijn echter ook piëzo-materialen te verkrijgen die hetzelfde resultaat bereiken zonder het gebruik van lood. Deze materialen zijn daardoor uiteraard beter voor het milieu.

Leveranciers en kenniscentra

Persoonlijke instellingen
Naamruimten
Varianten
Handelingen
Navigatie
Hulpmiddelen