Le cœur de la technologie piézoélectrique est basé surL'effet piézoélectrique, qui fait référence au phénomène où certains cristaux (tels que le quartz, la céramique piézoélectrique, le PVDF, etc. .) génèrent des charges sous contrainte mécanique ou subissent une déformation sous l'action d'un champ électrique . Il peut être spécifiquement divisé en deux types d'effets:
Effet piézoélectrique positif (énergie mécanique → énergie électrique)
Lorsqu'un cristal est soumis à des contraintes mécaniques telles que la pression et la tension, ses modifications de distribution de charges internes et une quantité égale de charges numérotées opposées sont générées sur la surface, formant une différence de potentiel . par exemple, lors de l'apparition d'une feuille de céramique piézoélectrique, un courant faible sera généré aux deux extrémités .
Effet piézoélectrique inversé (énergie électrique → énergie mécanique)
Lorsqu'un champ électrique est appliqué aux deux extrémités d'un cristal, sa structure de réseau subit une déformation réversible (allongement ou contraction), et que le degré de déformation est proportionnel à la force du champ électrique . par exemple, l'application d'une tension alternative à la pizoélectration de pic
1. Champs d'application de la technologie piézoélectrique
(1) lecteur de précision et le positionnement (effet piézoélectrique inverse)
①Piezoélectrique Motor: En utilisant des vibrations à haute fréquence des matériaux piézoélectriques pour entraîner la rotation du rotor, il a les caractéristiques de la réponse rapide, de haute précision et aucune interférence électromagnétique . est couramment utilisée pour le contrôle de déplacement de précision des machines de lithographie et de l'équipement de fabrication de semi-conducteur .
②Piézoélectrique Nanopositioning Plateforme: Atteindre la précision du déplacement nanométrique (ou même sous-nanomètre) à travers l'effet piézoélectrique inverse, appliqué à des équipements de recherche scientifique de pointe tels que la microscopie à tunnel de balayage (STM) et la microscopie à force atomique (AFM) .
③Piezoélectrique Tableau de balançoire / Table Rotary: Comme mentionné précédemment, les produits XinMei sont utilisés pour le réglage du chemin optique laser, l'alignement de la tranche de semi-conducteur, l'étalonnage d'angle de composant optique et d'autres scénarios pour atteindre un contrôle d'angle précis au niveau du micro-angle secondaire .
(2) Capteurs et récolte d'énergie (effet piézoélectrique positif)
Capteur de pression / vibration: les matériaux piézoélectriques peuvent convertir la vibration mécanique ou la pression en signaux électriques pour surveiller les vibrations du pont, le diagnostic des défauts du moteur, les moniteurs de pression artérielle, etc. effet .
②Piezoélectrique Énergie: convertit l'énergie des vibrations dans l'environnement (telles que la conduite en voiture, les pas, le fonctionnement mécanique) en énergie électrique, en fournissant une puissance pour les dispositifs de faible puissance tels que les capteurs IoT et les puces sans fil, atteignant "l'auto-alimentation" .
(3) champ acoustique et échographie
①ultrasonic Transducer: utilise l'effet piézoélectrique inverse pour générer des ondes ultrasoniques à haute fréquence pour l'imagerie ultrasonore médicale (B-ultrasound), les tests industriels non destructeurs (détection des fissures internes) et le nettoyage à ultrasons (nettoyage de précision de la cavitation) .
②Piezoélectrique Enceinte / microphone: Le haut-parleur produit le son en vibrant les matériaux piézoélectriques, tandis que le microphone génère des signaux électriques en compressant les matériaux piézoélectriques avec des ondes sonores . Il est couramment utilisé dans de petits appareils audio tels que les aides auditives et les casques .
(4) Médical et biotechnologie
①PIEZOELLECTRIC MICROFLUIDIQUE: Utilisé pour des expériences biologiques telles que le dépistage du médicament et la séparation des cellules en contrôlant l'écoulement liquide en microcanaux à travers la vibration piézoélectrique .
Les instruments chirurgicaux de piezoélectrique, tels que les scies osseuses piézoélectriques, utilisent des vibrations à haute fréquence pour réaliser une coupe précise et réduire les lésions tissulaires, ce qui les rend adaptés à une chirurgie orthopédique mini-invasive .
(5) Electronique grand public et appareils intelligents
①Mobile Motor de vibration du téléphone: Certains téléphones mobiles haut de gamme utilisent des vibrateurs piézoélectriques, qui ont les caractéristiques d'une réponse plus rapide et d'un mode de vibration plus délicat par rapport aux moteurs de roue excentriques traditionnels (comme le moteur taptique de l'iPhone) .
② Module de reconnaissance de l'empreinte d'infinger: Les capteurs d'empreintes digitales piézoélectriques reconnaissent les modèles d'empreintes digitales grâce aux changements de charge causés par la pression, qui présente les avantages de l'antiglution et de la précision de reconnaissance élevée .
2. cas de candidature typique
(1) Fabrication de semi-conducteurs: Dans les machines lithographiques, les nanoplateformes piézoélectriques sont utilisées pour contrôler le mouvement précis des lentilles de lithographie, assurant la précision d'exposition au niveau du nanomètre des modèles de puces .
(2) Nouveaux véhicules d'énergie: les capteurs piézoélectriques sont utilisés pour surveiller la vibration et la pression des batteries, assurant la sécurité des batteries; La récolteuse d'énergie piézoélectrique peut convertir l'énergie de vibration des pneus en énergie électrique en dispositifs électroniques embarqués à bord .
(3) Aerospace: les matériaux piézoélectriques sont utilisés pour fabriquer des capteurs de pression très fiables qui surveillent les changements de pression d'air et de température à l'intérieur des moteurs d'aéronef .
3. Avantages et défis technologiques
(1) Avantages: Vitesse de réponse rapide (niveau de nanoseconde), haute précision (deuxième niveau du nanomètre / micro angle), structure compacte, pas d'interférence électromagnétique, adaptée à des environnements extrêmes tels que la température élevée et le vide .
(2) Défi: faible force de sortie (nécessitant un mécanisme d'amplification), tension de conduite élevée (généralement des dizaines à des centaines de volts), des problèmes potentiels de vieillissement de la fatigue pendant une utilisation à long terme, qui doivent être améliorés grâce à l'optimisation des matériaux (comme la conception de circuit du zirconate de plomb.
La technologie piézoélectrique, avec ses caractéristiques uniques de "couplage électromécanique", s'étend des champs traditionnels aux directions de pointe telles que la fabrication intelligente, la technologie quantique et la biomédecine, devenant l'un des principaux supports de la technologie micro-nano .
