Lista över piezoelektriska material

Den här sidan listar egenskaperna hos flera vanliga piezoelektriska material.

Piezoelektriska material (PM) kan brett klassificeras som antingen kristallina, keramiska eller polymera. De vanligaste tillverkade piezoelektriska keramerna är blyzirkonattitanat (PZT), bariumtitanat och blytitanat. Galliumnitrid och zinkoxid kan också betraktas som en keramik på grund av deras relativt breda bandgap . Halvledande PM erbjuder funktioner som kompatibilitet med integrerade kretsar och halvledarenheter. Oorganiska keramiska PM erbjuder fördelar jämfört med enkristaller, inklusive enkel tillverkning till en mängd olika former och storlekar utan begränsade kristallografiska riktningar. Organiska polymera PM, såsom PVDF , har låg Youngs modul jämfört med oorganiska PM. Piezoelektriska polymerer (PVDF, 240 mV-m/N) har högre piezoelektriska spänningskonstanter ( g 33 ), en viktig parameter i sensorer, än keramik (PZT, 11 mV-m/N), som visar att de kan vara bättre sensorer än keramik. Dessutom kan piezoelektriska polymera sensorer och ställdon, på grund av sin bearbetningsflexibilitet, lätt tillverkas i stora ytor och skäras till en mängd olika former. Dessutom uppvisar polymerer också hög hållfasthet, hög slaghållfasthet, låg dielektricitetskonstant, låg elastisk styvhet och låg densitet, därigenom en hög spänningskänslighet som är en önskvärd egenskap tillsammans med låg akustisk och mekanisk impedans användbar för medicinska och undervattensapplikationer.

Bland PM är PZT- keramik populära då de har en hög känslighet, ett högt g 33 -värde. De är dock spröda. Dessutom uppvisar de låg Curie-temperatur , vilket leder till begränsningar när det gäller tillämpningar under tuffa miljöförhållanden. Men, lovande är integreringen av keramiska skivor i industriella apparater gjutna av plast. Detta resulterade i utvecklingen av PZT-polymerkompositer, och den genomförbara integrationen av funktionella PM-kompositer i stor skala, genom enkel termisk svetsning eller genom anpassade processer. Flera tillvägagångssätt för blyfri keramisk PM har rapporterats, såsom piezoelektriska enkristaller (langasit) och ferroelektrisk keramik med en perovskitstruktur och vismutskiktstrukturerad ferroelektrik (BLSF), som har undersökts omfattande. Dessutom finns flera ferroelektriker med perovskitstruktur (BaTiO 3 [BT], (Bi 1/2 Na 1/2 ) TiO 3 [BNT], (Bi 1/2 K 1/2 ) TiO 3 [BKT], KNbO 3 [ KN], (K, Na) NbO 3 [KNN]) har undersökts för deras piezoelektriska egenskaper.

Viktiga piezoelektriska egenskaper

Följande tabell listar följande egenskaper för piezoelektriska material

  • De piezoelektriska koefficienterna ( d 33 , d 31 , d 15 etc.) mäter töjningen som induceras av en pålagd spänning (uttryckt som meter per volt). Höga d ij- koefficienter indikerar större förskjutningar som behövs för att driva omvandlaranordningar. Koefficienten d 33 mäter deformation i samma riktning (polarisationsaxeln) som den inducerade potentialen, medan d 31 beskriver svaret när kraften appliceras vinkelrätt mot polarisationsaxeln. d 15 - koefficienten mäter responsen när den applicerade mekaniska spänningen beror på skjuvdeformation.
  • Relativ permittivitet (εr ) är förhållandet mellan den absoluta permittiviteten för det piezoelektriska materialet , ε, och vakuumpermittiviteten, ε 0 .
  • Den elektromekaniska kopplingsfaktorn k är en indikator på effektiviteten med vilken ett piezoelektriskt material omvandlar elektrisk energi till mekanisk energi, eller omvandlar mekanisk energi till elektrisk energi. Den första nedskrivningen till k betecknar riktningen längs vilken elektroderna appliceras; den andra betecknar den riktning längs vilken den mekaniska energin appliceras eller utvecklas.
  • Den mekaniska kvalitetsfaktorn Qm är en viktig högeffektsegenskap hos piezoelektrisk keramik . Det är inversen av den mekaniska förlusten tan ϕ.

Tabell

Enkristaller
Referens Material och heterostruktur som används för karakteriseringen (elektroder/material, elektrod/substrat) Orientering Piezoelektriska koefficienter, d (pC/N) Relativ permittivitet, ε r Elektromekanisk kopplingsfaktor, k Kvalitetsfaktor
Hutson 1963 AlN d 15 = -4,07 per e 33 = 11,4
d 31 = -2
d 33 = 5
Cook et al. 1963 BaTiO 3 d 15 = 392 e 11 = 2920 k 15 = 0,57
d31 = -34,5 e 33 = 168 k31 = 0,315
d33 = 85,6 k 33 = 0,56
Warner et al. 1967 LiNbO 3 (Au-Au) <001> d 15 = 68 e 11 = 84
d 22 = 21 e 33 = 30
d31 = -1 k 31 = 0,02
d 33 = 6 kt = 0,17
Smith et al. 1971 LiNbO 3 <001> d15 = 69,2 e 11 = 85,2
d 22 = 20,8 e 33 = 28,2
d 31 = -0,85
d 33 = 6
Yamada et al. 1967 LiNbO 3 (Au-Au) <001> d 15 = 74 e 11 = 84,6
d 22 = 21 e 33 = 28,6 k 22 = 0,32
d31 = -0,87 k 31 = 0,023
d 33 = 16 k 33 = 0,47
Yamada et al. 1969 LiTaO 3 d 15 = 26 e 11 = 53
d 22 = 8,5 e 33 = 44
d 31 = -3
d 33 = 9,2
Cao et al. 2002 PMN-PT (33 %) d 15 = 146 e 11 = 1660 k 15 = 0,32
d 31 = -1330 e 33 = 8200 k 31 = 0,59
d 33 = 2820 k 33 = 0,94
kt = 0,64
Badel et al. 2006 PMN-25PT <110> d31 = -643 e 33 = 2560 k31 = -0,73 362
Kobiakov 1980 ZnO d15 = -8,3 e 11 = 8,67 k 15 = 0,199
d31 = -5,12 e 33 = 11,26 k 31 = 0,181
d 33 = 12,3 k 33 = 0,466
Zgonik et al. 1994 ZnO (ren med litiumdopningsmedel) d 15 = -13,3 kr = 8,2
d 31 = -4,67
d 33 = 12,0
Zgonik et al. 1994 BaTiO 3 enkristaller [001] (enkel domän) d 33 = 90
Zgonik et al. 1994 BaTiO 3 enkristaller [111] (enkel domän) d 33 = 224
Zgonik et al. 1994 BaTiO 3 enkristaller [111] neutral (domänstorlek på 100 µm) d 33 = 235 ε 33 = 1984 k 33 = 54,4
Zgonik et al. 1994 BaTiO 3 enkristaller [111] neutral (domänstorlek på 60 µm) d 33 = 241 ε 33 = 1959 k 33 = 55,9
Zgonik et al. 1994 BaTiO 3 enkristaller [111] (domänstorlek på 22 µm) d 33 = 256 ε 33 = 2008 k 33 = 64,7
Zgonik et al. 1994 BaTiO 3 enkristaller [111] neutral (domänstorlek på 15 µm) d 33 = 274 e 33 = 2853 k 33 = 66,1
Zgonik et al. 1994 BaTiO 3 enkristaller [111] neutral (domänstorlek på 14 µm) d 33 = 289 ε 33 = 1962 k 33 = 66,7
Zgonik et al. 1994 BaTiO 3 enkristaller [111] neutral d 33 = 331 e 33 = 2679 k 33 = 65,2
LN kristall d31 = -4,5

d33 = -0,27

Li et al. 2010 PMNT31 d 33 = 2000 e 33 = 5100 k 31 = 80
d31 = -750
Zhang et al. 2002 PMNT31-A 1400 e 33 = 3600
Zhang et al. 2002 PMNT31-B 1500 e 33 = 4800
Zhang et al. 2002 PZNT4.5 d 33 = 2100 e 33 = 4400 k 31 = 83
d 31 = -900
Zhang et al. 2004 PZNT8 d 33 = 2500 e 33 = 6000 k 31 = 89
d 31 = -1300
Zhang et al. 2004 PZNT12 d 33 = 576 e 33 = 870 k 31 = 52
d 31 = -217
Yamashita et al. 1997 PSNT33 e 33 = 960 /
Yasuda et al. 2001 PINT28 700 e 33 = 1500 /
Guo et al. 2003 PINT34 2000 e 33 = 5000 /
Hosono et al. 2003 PIMNT 1950 e 33 = 3630 /
Zhang et al. 2002 PYNT40 d 33 = 1200 e 33 = 2700 k 31 = 76
d 31 = -500
Zhang et al. 2012 PYNT45 d 33 = 2000 ε 33 = 2000 k 31 = 78
Zhang et al. 2003 BSPT57 d 33 = 1200 e 33 = 3000 k 31 = 77
d31 = -560
Zhang et al. 2003 BSPT58 d 33 = 1400 e 33 = 3200 k 31 = 80
d31 = -670
Zhang et al. 2004 BSPT66 d 33 = 440 e 33 = 820 k 31 = 52
d31 = -162
Ye et al. 2008 BSPT57 d 33 = 1150

d31 = -520

e 33 = 3000 k 31 = 0,52

k 33 = 0,91

Ye et al. 2008 BSPT66 d 33 = 440 e 33 = 820 k 31 = 0,52

k 33 = 0,88

d 31 = -162
Ye et al. 2008 PZNT4.5 d 33 = 2000

d31 = -970

e 33 = 5200 k 31 = 0,50

k 33 = 0,91

Ye et al. 2008 PZNT8 d 31 = -1455 e 33 = 7700 k 31 = 0,60

k 33 = 0,94

Ye et al. 2008 PZNT12 d 33 = 576

d 31 = -217

e 33 = 870 k 31 = 0,52

k 33 = 0,86

Ye et al. 2008 PMNT33 d 33 = 2820

d 31 = -1330

e 33 = 8200 k 31 = 0,59

k 33 = 0,94

Matsubara et al. 2004 KCN-modifierad KNN d 33 = 100

d 31 = -180

e 33 = 220-330 kp = 33-39 1200
Ryu et al. 2007 KZT modifieradKNN d 33 = 126 e 33 = 590 kp = 42 58
Matsubara et al. 2005 KCT modifierade KNN d 33 = 190 e 33 = kp = 42 1300
Wang et al. 2007 Bi 2 O 3 dopad KNN d 33 = 127 e 33 = 1309 kp = 28,3
Jiang anf al. 2009 dopad KNN-0.005BF d 33 = 257 e 33 = 361 kp = 52 45
Keramik
Referens Material och heterostruktur som används för karakteriseringen (elektroder/material, elektrod/substrat) Orientering Piezoelektriska koefficienter, d (pC/N) Relativ permittivitet, ε r Elektromekanisk kopplingsfaktor, k Kvalitetsfaktor
Berlincourt et al. 1958 BaTiO 3 d 15 = 270 e 11 = 1440 k 15 = 0,57
d31 = -79 e 33 = 1680 k 31 = 0,49
d 33 = 191 k 33 = 0,47
Tang et al. 2011 BFO d 33 = 37 kt = 0,6
Zhang et al. 1999 PMN-PT d31 = -74 e 33 = 1170 k31 = -0,312 283
PZT-5A d 31 = -171 e 33 = 1700 k31 = 0,34
d 33 = 374 k 33 = 0,7
PZT-5H d 15 = 741 e 11 = 3130 k 15 = 0,68 65
d31 = -274 e 33 = 3400 k 31 = 0,39
d 33 = 593 k 33 = 0,75
PZT-5K d 33 = 870 e 33 = 6200 k 33 = 0,75
Tanaka et al. 2009 PZN7%PT d 33 = 2400 εr = 6500 k 33 = 0,94

kt = 0,55

Pang et al. 2010 ANSZ d 33 = 295 1,61 45,5 84
Park et al. 2006 KNN-BZ d 33 = 400 2 57,4 48
Cho et al. 2007 KNN-BT d 33 = 225 1.06 36,0
Park et al. 2007 KNN-ST d 33 = 220 1,45 40,0 70
Zhao et al. 2007 KNN-CT d 33 = 241 1,32 41,0
Zhang et al. 2006 LNKN d 33 = 314 ~700 41.2
Saito et al. 2004 KNN-LS d 33 = 270 1,38 50,0
Saito et al. 2004 LF4 d 33 = 300 1,57
Tanaka et al. 2009 Inriktad LF4 d 33 = 416 1,57 61,0
Pang et al. 2010 ANSZ d 33 = 295 1,61 45,5 84
Park et al. 2006 KNN-BZ d 33 = 400 2 57,4 48
Cho et al. 2007 KNN-BT d 33 = 225 1.06 36,0
Park et al. 2007 KNN-ST d 33 = 220 1,45 40,0 70
Maurya et al. 2013 KNN-CT d 33 = 241 1,32 41,0
Maurya et al. 2013 NBT-BT (001) Texturerade prover d 33 = 322 ...
Gao et al. 2008 NBT-BT-KBT (001) Texturerade prover d 33 = 192
Zou et al. 2016 NBT-KBT (001) Texturerade prover d 33 = 134 kp = 35
Saito et al. 2004 NBT-KBT (001) Texturerade prover d 33 = 217 kp = 61
Chang et al. 2009 KNLNTS (001) Texturerade prover d 33 = 416 kp = 64
Chang et al. 2011 KNNS (001) Texturerade prover d 33 = 208 kp = 63
Hussain et al. 2013 KNLN (001) Texturerade prover d 33 = 192 kp = 60
Takao et al. 2006 KNNT (001) Texturerade prover d 33 = 390 kp = 54
Li et al. 2012 KNN 1 CuO (001) Texturerade prover d 33 = 123 kp = 54
Cho et al. 2012 KNN-CuO (001) Texturerade prover d 33 = 133 kp = 46
Hao et al. 2012 NKLNT (001) Texturerade prover d 33 = 310 kp = 43
Gupta et al. 2014 KNLN (001) Texturerade prover d 33 = 254
Hao et al. 2012 KNN (001) Texturerade prover d 33 = 180 kp = 44
Bai et al. 2016 BCZT (001) Texturerade prover d 33 = 470 kp = 47
Ye et al. 2013 BCZT (001) Texturerade prover d 33 = 462 kp = 49
Schultheis et al. 2017 BCZT-TH (001) Texturerade prover d 33 = 580
OMORI et al. 1990 BCT (001) Texturerade prover d 33 = 170
Chan et al. 2008 Pz34 (dopad PbTiO3 ) d15 = 43,3 e 33 = 237 k 31 = 4,6 700
d31 = -5,1 e 33 = 208 k 33 = 39,6
d 33 = 46 k 15 = 22,8
kp = 7,4
Lee et al. 2009 BNKLBT d 33 = 163 εr = 766 k 31 = 0,188 142
e 33 = 444,3 kt = 0,524
kp = 0,328
Sasaki et al. 1999 KNLNTS εr = 1156 k31 = 0,26 80
e 33 = 746 kt = 0,32
kp = 0,43
Takenaka et al. 1991 (Bi 0,5 Na 0,5 )TiO 3 (BNT)-baserad BNKT d 31 = 46 εr = 650 kp = 0,27
d 33 = 150 k 31 = 0,165
Tanaka et al. 1960 (Bi 0,5 Na 0,5 )TiO 3 (BNT)-baserad BNBT d 31 = 40 εr = 580 k 31 = 0,19
d 33 = 12,5 k 33 = 0,55
Hutson 1960 CD skivor d 15 = -14,35
d 31 = -3,67
d 33 = 10,65
Schofield et al. 1957 CD skivor d31 = -1,53
d33 = 2,56
Egerton et al. 1959 BaCaOTi d31 = -50 k 15 = 0,19 400
d 33 = 150 k 31 = 0,49
k 33 = 0,325
Ikeda et al. 1961 Nb2O6Pb _ _ _ _ d31 = -11 kr = 0,07 11
d 33 = 80 k31 = 0,045
k 33 = 0,042
Ikeda et al. 1962 C6H17N3O10S _ _ _ _ _ _ _ _ d 23 = 84 k 21 = 0,18
d 21 = 22,7 k 22 = 0,18
d 25 = 22 k 23 = 0,44
Brown et al. 1962 BaTiO 3 (95 %) BaZrO 3 (5 %) k 15 = 0,15 200
d31 = -60 k 31 = 0,40
d 33 = 150 k 33 = 0,28
Huston 1960 BaNb 2 O 6 (60 %) Nb 2 O 6 Pb (40 %) d31 = -25 kr = 0,16
Baxter et al. 1960 BaNb 2 O 6 (50 %) Nb 2 O 6 Pb (50 %) d 31 = -36 kr = 0,16
Pullin 1962 BaTiO 3 (97 %) CaTiO 3 (3 %) d31 = -53 e 33 = 1390 k 15 = 0,39
d 33 = 135 k 31 = 0,17
k 33 = 0,43
Berlincourt et al. 1960 BaTiO 3 (95 %) CaTiO 3 (5 %) d15 = -257 e 33 = 1355 k 15 = 0,495 500
d31 = -58 k 31 = 0,19
d 33 = 150 k 33 = 0,49
kr = 0,3
Berlincourt et al. 1960 BaTiO3 ( 96%) PbTiO3 ( 4%) d31 = -38 e 33 = 990 k 15 = 0,34
d 33 = 105 k 31 = 0,14
k 33 = 0,39
Jaffe et al. 1955 PbHfO3 (50%) PbTiO3 ( 50% ) d31 = -54 kr = 0,38
Kell 1962 Nb 2 O 6 Pb (80 %) BaNb 2 O 6 (20 %) d 31 = 25 kr = 0,20 15
Brown et al. 1962 Nb 2 O 6 Pb (70 %) BaNb 2 O 6 (30 %) d31 = -40 e 33 = 900 k 31 = 0,13 350
d 33 = 100 k 33 = 0,3
kr = 0,24
Berlincourt et al. 1960 PbTiO3 ( 52%) PbZrO3 (48%) d 15 = 166 k 15 = 0,40 1170
d31 = -43 k 31 = 0,17
d 33 = 110 k 33 = 0,43
kr = 0,28
Berlincourt et al. 1960 PbTiO 3 (50 %) blyzirkonat (50 %) d 15 = 166 k 15 = 0,504 950
d31 = -43 k 31 = 0,23
d 33 = 110 k 33 = 0,546
kr = 0,397
Egerton et al. 1959 KNbO3 ( 50%) NaNbO3 ( 50%) d31 = -32 140
d 33 = 80 k 31 = 0,21
k 33 = 0,51
Brown et al. 1962 NaNbO3 (80 %) Cd 2 Nb 2 O 7 (20 % ) d31 = -80 ε 33 = 2000 k 31 = 0,17
d 33 = 200 k 33 = 0,42
kr = 0,30
Schofield et al. 1957 BaTiO 3 (95 %) CaTiO 3 (5 %) CoCO3 (0,25 %) d31 = -60 e 33 = 1605 kr = 0,33
Pullin 1962 BaTiO 3 (80 %) PbTiO 3 (12 %) CaTiO 3 (8 %) d31 = -31 k 31 = 0,15 1200
d 33 = 79 k 33 = 0,41
kr = 0,24
Defaÿ 2011 AlN (Pt-Mo) d31 = -2,5
Shibata et al. 2011 KNN(Pt-Pt) <001> d31 = -96,3 εr = 1100
d 33 = 138,2
Sessler 1981 PVDF d 31 = 17,9 k 31 = 10,3
d32 = 0,9 k 33 = 12,6
d33 = -27,1
Ren et al. 2017 PVDF d 31 = 23 εr = 106
d 32 = 2
d 33 = -21
Tsubouchi et al. 1981 Epi AlN / Al2O3 <001> d 33 = 5,53 e 33 = 9,5 kt = 6,5 2490
Nanomaterial
Referens Material Strukturera Piezoelektriska koefficienter, d (pC/N) Karakteriseringsmetod Storlek (nm)
Ke et al. 2008 NaNbO 3 nanotråd d33 = 0,85-4,26 pm/ V PFM d = 100
Wang et al. 2008 KNbO 3 nanotråd d33 = 0,9 pm/V PFM d = 100
Zhang et al. 2004 PZT nanotråd PFM d = 45
Zhao et al. 2004 ZnO nanobälte d33 = 14,3-26,7 pm/ V PFM w = 360 t = 65
Luo et al. 2003 PZT nanoskal d33 = 90 pm/ V PFM d = 700 t = 90
Yun et al. 2002 BaTiO3 nanotråd d33 = 0,5 pm / V PFM d = 120
Lin et al. 2008 CD skivor nanotråd Böjning med AFM-spets d = 150
Wang et al. 2007 PZT nanofiber piezoelektrisk spänningskonstant~0,079 Vm/N Böjning med hjälp av en volframsond d = 10
Wang et al. 2007 BaTiO 3 - d33 = 45 pC/N Direkt dragprov d ~ 280
Jeong et al. 2014 Alkaliskt niobat (KNLN) filma d33 = 310 pC / N -
Park et al. 2010 BaTiO 3 Tunn film d33 = 190 pC / N
Stoppel et al. 2011 AlN Tunn film d33 = 5 pC/N AFM
Lee et al. 2017 WSe2 2D nanoark d11 = 3,26 pm/V
Zhu et al. 2014 MoS2 Fristående lager e 11 = 2900 st/m AFM
Zhong et al. 2017 PET/EVA/PET filma d33 = 6300 pC/N
Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=List_of_piezoelectric_materials&oldid=1136384979 "