Cốt lõi của công nghệ áp điện dựa trênhiệu ứng áp điện, trong đó đề cập đến hiện tượng trong đó các tinh thể nhất định (như thạch anh, gốm điện áp, PVDF, v.v.) tạo ra các điện tích dưới ứng suất cơ học hoặc trải qua biến dạng theo tác động của điện trường. Nó có thể được chia thành hai loại hiệu ứng:
Hiệu ứng áp điện dương (năng lượng cơ học → năng lượng điện)
Khi một tinh thể phải chịu các ứng suất cơ học như áp suất và căng thẳng, sự phân phối điện tích bên trong của nó thay đổi và một lượng tương đương các điện tích được đánh số ngược được tạo ra trên bề mặt, tạo thành một sự khác biệt tiềm năng. Ví dụ, khi khai thác một tấm gốm áp điện, một dòng điện yếu sẽ được tạo ra ở cả hai đầu.
Hiệu ứng áp điện ngược (năng lượng điện → năng lượng cơ học)
Khi một điện trường được áp dụng ở cả hai đầu của một tinh thể, cấu trúc mạng của nó trải qua biến dạng đảo ngược (kéo dài hoặc co lại) và mức độ biến dạng tỷ lệ thuận với cường độ của điện trường. Ví dụ, áp dụng một điện áp xen kẽ vào gốm áp điện sẽ tạo ra các rung động tần số cao.
1. Các lĩnh vực ứng dụng của công nghệ áp điện
(1) ổ đĩa chính xác và định vị (hiệu ứng áp điện nghịch đảo)
Động cơ điện áp: Sử dụng rung động tần số cao của vật liệu áp điện để điều khiển vòng quay cánh quạt, nó có các đặc điểm của phản ứng nhanh, độ chính xác cao và không có nhiễu điện từ. Nó thường được sử dụng để kiểm soát dịch chuyển chính xác của máy in thạch bản và thiết bị sản xuất chất bán dẫn.
Nền tảng nano điện tử Piezoele: đạt được độ chính xác dịch chuyển nanomet (hoặc thậm chí là nanomet phụ) thông qua hiệu ứng áp điện nghịch đảo, áp dụng cho các thiết bị nghiên cứu khoa học tiên tiến như kính hiển vi quét đường hầm (STM) và kính hiển vi lực nguyên tử (AFM).
Bảng xoay/bàn xoay/bàn quay: Như đã đề cập trước đó, các sản phẩm Xinmei được sử dụng để điều chỉnh đường dẫn quang laser, căn chỉnh wafer bán dẫn, hiệu chuẩn góc thành phần quang và các kịch bản khác để đạt được điều khiển góc chính xác ở cấp độ thứ hai.
(2) Cảm biến và thu hoạch năng lượng (hiệu ứng áp điện dương)
Cảm biến áp lực/rung động: Vật liệu áp điện có thể chuyển đổi rung động cơ học hoặc áp suất thành tín hiệu điện để theo dõi rung động cầu, chẩn đoán lỗi động cơ, màn hình huyết áp, v.v.
Máy gặt năng lượng điện áp: chuyển đổi năng lượng rung trong môi trường (như lái xe, bước chân, vận hành cơ học) thành năng lượng điện, cung cấp năng lượng cho các thiết bị năng lượng thấp như cảm biến IoT và chip không dây, đạt được "tự cấp nguồn".
(3) Âm học và Siêu âm
Đầu dò ①ultrasonic: Sử dụng hiệu ứng áp điện nghịch đảo để tạo ra sóng siêu âm tần số cao cho hình ảnh siêu âm y tế (B-lograsound), thử nghiệm không phá hủy công nghiệp (phát hiện các vết nứt bên trong trong kim loại) và làm sạch siêu âm (làm sạch các phần chính xác).
Loa/micrô điện/micrô: Loa tạo ra âm thanh bằng cách rung các vật liệu áp điện, trong khi micrô tạo ra tín hiệu điện bằng cách nén các vật liệu áp điện với sóng âm. Nó thường được sử dụng trong các thiết bị âm thanh nhỏ như máy trợ thính và tai nghe.
(4) Công nghệ y tế và sinh học
①piezoellectric Microfluidic Chip: Được sử dụng cho các thí nghiệm sinh học như sàng lọc thuốc và tách tế bào bằng cách kiểm soát dòng chất lỏng trong vi mạch thông qua rung động áp điện.
Các dụng cụ phẫu thuật điện áp, chẳng hạn như cưa xương áp điện, sử dụng rung động tần số cao để đạt được việc cắt chính xác và giảm tổn thương mô, làm cho chúng phù hợp để phẫu thuật chỉnh hình xâm lấn tối thiểu.
(5) Điện tử tiêu dùng và thiết bị thông minh
Động cơ rung động điện thoại: Một số điện thoại di động cao cấp sử dụng máy rung áp điện, có đặc điểm của phản ứng nhanh hơn và chế độ rung tinh tế hơn so với động cơ bánh xe lệch tâm truyền thống (như động cơ Taptic của iPhone).
Mô -đun nhận dạng fingerprint: Cảm biến vân tay áp điện nhận ra các mẫu dấu vân tay thông qua các thay đổi điện tích gây ra bởi áp lực, có lợi thế của chống ô nhiễm và độ chính xác nhận biết cao.
2. Các trường hợp ứng dụng chính thức
.
(2) Xe năng lượng mới: Cảm biến áp điện được sử dụng để theo dõi độ rung và áp suất của bộ pin, đảm bảo an toàn pin; Máy gặt năng lượng áp điện có thể chuyển đổi năng lượng rung lốp thành năng lượng điện thành các thiết bị điện tử trên tàu.
.
3. Ưu điểm và thách thức về công nghệ
.
.
Công nghệ áp điện, với các đặc điểm độc đáo của "khớp nối cơ điện", đang mở rộng từ các lĩnh vực truyền thống đến các hướng tiên tiến như sản xuất thông minh, công nghệ lượng tử và y sinh học, trở thành một trong những hỗ trợ cốt lõi của công nghệ nano micro.
