Piesoelektrilisi materjale on kasutatud paljudes valdkondades
(nagu tulemasinad, ultrahelisondid, mobiiltelefonide mootorid, tindiprinterid jne),
kuid võrreldes nende potentsiaaliga piiravad nende laialdast kasutuselevõttu laiemas tööstus-, energeetika- ja tarbijastsenaariumides mitmed tegurid.
Siin on viis peamist põhjust:
1. Materjali füüsilised piirangud See on habras ja võib vibratsiooni, põrutuse või termilise tsükli mõjul praguneda.
Suure töökindlusega{0}}rakendustes, nagu auto- ja kosmosetööstus, on vaja täiendavat kapseldamise kaitset, mis suurendab kulusid ja suurust.
Kõrge temperatuuritundlikkus Üle Curie temperatuuri kaovad piesoelektrilised omadused jäädavalt.
Isegi Curie-punktist palju madalamatel temperatuuridel triivib jõudlus temperatuuri järgi, nõudes keerulisi kompensatsiooniahelaid.
Madal väljundvõimsuse tihedus Kuigi pinge on kõrge, on vool äärmiselt väike, mistõttu on energia piiratud.
Järeldus: sobib signaali{0}}taseme rakendustele (andurid, mikro-ajamid), kuid ei sobi suure-võimsusega energia muundamiseks.
2. Keskkonnaeeskirjad Piirangud Peamine suure jõudlusega-piesoelektriline keraamika (PZT) sisaldab 60–70% pliid.
Paljud riigid piiravad plii kasutamist rangelt.
Kuigi plii-vabad piesoelektrilised materjalid on väljatöötamisel, on nende jõudlus vaid 50–70% PZT omast. Ebastabiilsed tootmisprotsessid toovad kaasa madala masstoodangu saagikuse ja kõrgemad kulud.
Tulemus: olmeelektroonika tootjad on sunnitud loobuma piesoelektrilistest lahendustest ja üle minema elektromagnetiliste või elektrostaatiliste ajamite kasutamisele.
3. Kompleksne süsteemiintegratsioon
| Rakenduse stsenaariumid | Piesoelektriliste lahenduste valupunktid | Alternatiivsete lahenduste eelised |
| Mobiiltelefonide vibratsioonimootorid | Requires high-voltage drive circuits (>50V) | Elektromagnetilised mootorid vajavad ainult 3,7 V, mis maksab 50% vähem |
| Energia kogumine (nt kinga sisetalla energia tootmine) | Ebastabiilne väljund, nõuab vahelduvvoolu-alalisvoolu muundamist + energiasalvestust | Väikeste liitiumakude otsekasutamine on usaldusväärsem |
| Aktiivne vibratsioonisummutus | Nõuab reaalajas{0}}tuvastust ja tagasiside juhtimisalgoritme | Passiivsed kummist vibratsioonisummutid on 10 korda odavamad |
Kui jõudlus pole asendamatu (nt ultrahelipildistamine), eelistavad insenerid lihtsamaid ja odavamaid lahendusi.
4. Turu tajumine ja disaini inerts
Enamik mehaanika-/elektroonikainsenere ei tunne piesoelektrilisi omadusi ja kipuvad neid projekteerimisel ignoreerima.
Standardsete moodulite puudumine: erinevalt takistitest ja kondensaatoritest, mida saab otse osta, vajavad piesoelektrilised komponendid sageli kohandatud arendamist.
Traditsioonilised lahendused vastavad juba vajadustele, jättes vähe motivatsiooni vahetada.
Tulemus: Piesoelektritehnoloogia piirdub turunišiga, millel on raskusi tavatarneahelasse sisenemisega.
Aga! Piesoelektrilised materjalid on nendes valdkondades asendamatud:
| Väli |
Põhjus |
| Meditsiiniline ultraheliuuring | Kõrge-sagedusreaktsioon + võrratu tundlikkus |
| Täpne positsioneerimine (nanoskaala) |
Nihke eraldusvõime kuni 0,1 nm |
|
High-Frequency Acoustic Devices (>1 MHz) |
Elektromagnetlahendused ei suuda seda sagedust saavutada |
|
Süüte-/detonatsiooniseadmed |
Isetoitega-, kõrge töökindlusega, akuvaba- |
Tulevased läbimurdesuunad
Paindlikud piesoelektrilised komposiitmaterjalid: PZT mikroosakeste põimimine polümeeridesse, kombineerides paindlikkuse ja piesoelektrilisuse (kantavate seadmete jaoks)
MEMS-i piesoelektrilised mikrostruktuurid: räni{0}}põhine integratsioon, mis vähendab kulusid, asjade Interneti-andurite jaoks
Plii{0}}Tasuta materjali jõudluse läbimurded: kui KNN-i jõudlus läheneb PZT-le, avab see ukse tarbeelektroonikale
AI-Optimeeritud energiahaldus: väikeste energiakoguste kasutamise tõhususe parandamine
Kokkuvõte: kuigi piesoelektrilist keraamikat piiravad materjali omadused, keskkonnasurve, süsteemikulud ja energiatõhusus, mis ei lase neil olla sama üldlevinud kui pooljuhtidel, jääb see ülitäpsetes, kõrge{1}}sageduslikes-mikrosüsteemides asendamatuks. Yuchangi lasertöötlus pakub piesoelektrilise keraamika jaoks kõrge efektiivsusega ja küpseid seadmeprotsesse suhteliselt kontrollitavate kuludega.
