Hvad er en piezoelektrisk aktuator?
Den piezoelektriske aktuator er en form for mikro-styring, elektromekanisk system. Den er afhængig af den piezoelektriske effekt med nogle krystaller, således at når et elektrisk felt påføres krystallen, skaber det mekanisk spænding i dets strukturelle gitter, som kan omsættes til bevægelse på en mikrometer- eller nanometerskala. Typer af aktuatorer kan variere fra tunge industrielle systemer, der drives af pneumatisk eller hydraulisk kraft ned til små piezoelektriske aktuatorer, som har et meget begrænset, men præcist kontrolleret bevægelsesområde. En typisk piezoelektrisk aktuator genererer langsgående bevægelse, når der påføres en elektrisk kraft til enheden på en skaft eller anden mekanisk kobling med et forskydningsområde på omkring 4 til 17 mikron (0,0002 til 0,0007 inches). Denne type aktuatorsystem er ofte inkorporeret i en belastningsmåler, også kendt som et ekstensometer, der bruges til at måle meget fine niveauer af sammentrækning og ekspansion i materialer og overflader.
Der er tre generelle typer af piezoelektrisk aktuatordesign eller bevægelsesordninger, der bestemmer det unikke udvalg af piezoelektriske aktuatordele, der udgør en mekanisk bevægelse af enheden. Disse er cylindriske, bimorfe og unimorfe eller flerlagsaktuatorer, og hver har også en tilstandsbetegnelse, der er afhængig af typen af piezoelektrisk koefficient for mekanisk belastning, der induceres. En flerlags 33-mode aktuator er designet til at generere bevægelse langs banen for det påførte elektriske felt, medens en cylindrisk 31-mode aktuator udviser bevægelse vinkelret på den elektriske kraft. En 15-mode aktuator bruger forskydningsstamme i krystallen til diagonal kraft, men de er ikke så almindelige som andre typer piezoelektrisk aktuator, da forskydningsstamme er en mere kompleks krystalreaktion, der er vanskelig at kontrollere, og som man skal fremstille systemer til.
Det formål, som en piezoelektrisk aktuator anvendes til, er normalt baseret på det faktum, at det kan have en mekanisk reaktion på elektrisk kraft i en tidsdel af en brøkdel af et sekund, såvel som ikke at generere signifikant elektromagnetisk interferens i dens drift. Dette inkluderer almindelig brug af komponenterne i indstillelige lasere og forskellige adaptive optiske sensorer, samt mikroniveaustyring af ventiler, hvor strømningshastigheden for brændstof er kritisk for mængden af genereret tryk, såsom i brændstofindsprøjtningssystemer og flyelektronik. Den piezoelektriske aktuator har også mange anvendelser inden for medicin, hvor den er indbygget i mikropumper til procedurer, såsom dialyse og automatiserede lægemiddeldispensere eller dråbeudleverere. Forskningsarenaer afhænger også af den piezoelektriske aktuator, såsom hvor det er en væsentlig komponent i atomkraftmikroskopet (AFM) inden for nanoteknologi.
Andre avancerede forskningsområder, der bruger den piezoelektriske aktuator, inkluderer præcisionsbearbejdning, astronomikontroller til teleskoper, bioteknologisk forskning samt halvlederteknik og integreret kredsløbsproduktion. Nogle af disse felter kræver en piezoelektrisk aktuator, der kan kontrollere bevægelsesområder ned til niveauet 2 mikron (0,0001 inches) i en tidsperiode på mindre end 0,001 sekunder. Den piezoelektriske aktuator er også en optimal enhed til sådanne applikationer, fordi den har adskillige unikke egenskaber, herunder meget lavt strømforbrug, den genererer ingen magnetiske felter, og den kan fungere ved kryogene temperaturer. Sandsynligvis er den største anvendelige funktion ved enheden imidlertid, at det er en faststof-enhed, der ikke kræver tandhjul eller lejer, så den gentagne gange kan betjenes op til milliarder af gange uden at vise bevis for ydeevne nedbrydning.