Ceramica funzionale: materiali chiave nel campo della scienza e della tecnologia moderna avanzata

La ceramica funzionale ha sperimentato una serie di processi come ceramica dielettrica, ceramica ferroelettrica piezoelettrica, ceramica semiconduttrice, ceramica superconduttrice ad alta temperatura, ecc. Attualmente è ampiamente utilizzata nella tecnologia microelettronica, nella tecnologia elettronica, nella tecnologia laser, nella tecnologia di automazione, nella tecnologia optoelettronica, comunicazione, protezione ambientale, energia e biomedicina e altri campi, ed è diventato un importante materiale funzionale per promuovere lo sviluppo della scienza e della tecnologia in Cina. Attualmente, la ceramica funzionale si sta ulteriormente sviluppando nella direzione dell'intelligenza, della miniaturizzazione, del composto, della multifunzionalità e dell'integrazione di materiali, design e processo.

I materiali dielettrici (comprese le ceramiche dielettriche) sono trasparenti

Miniaturizzazione, basse perdite, composti, multifunzionali e intelligenti saranno la tendenza di sviluppo di nuovi materiali ceramici funzionali in futuro. A causa della tendenza allo sviluppo leggero, sottile e piccolo dei prodotti elettronici, ciò richiede che i materiali e le perdite siano sempre più piccoli, quando la dimensione del materiale raggiunge il livello nanometrico, gli effetti superficiali e quantistici saranno significativamente rafforzati, con conseguente luce, calore, elettricità e altre caratteristiche uniche, in modo che il materiale produca alcune nuove funzioni. Con lo sviluppo della scienza e della tecnologia, la funzione dei materiali sta diventando sempre più impegnativa e un singolo materiale è spesso difficile da soddisfare e materiali funzionali completi possono essere sviluppati attraverso il drogaggio ionico, materiali compositi e altri mezzi. I materiali intelligenti rappresentano uno stadio più elevato di sviluppo della ceramica funzionale, che è il risultato inevitabile delle esigenze della società umana e dello sviluppo della scienza e della tecnologia moderne.

Ceramiche dielettriche

Le ceramiche dielettriche si riferiscono a materiali ceramici con una resistività superiore a 108Ω˙ m, che possono resistere a forti campi elettrici senza rompersi. Quando utilizzato in campo elettrostatico o in campo elettrico alternato, le sue prestazioni vengono solitamente valutate da alcuni parametri come resistività di volume, costante dielettrica e perdita dielettrica. In base ai diversi parametri, può essere suddiviso in due categorie, come ceramica isolante elettrica e ceramica dielettrica del condensatore.

Ceramica piezoelettrica:ampiamente utilizzato nei sensori

Qualsiasi materiale senza centro di simmetria ha un effetto più o meno piezoelettrico. Alcuni materiali dielettrici sono polarizzati attraverso la pura azione meccanica e portano al simbolo opposto della carica legata sulla superficie delle due estremità del mezzo, questo effetto è chiamato effetto piezoelettrico e la ceramica con effetto piezoelettrico è chiamata ceramica piezoelettrica .

Nel 1943 si scoprì che il BaCO3 aveva un effetto piezoelettrico e nel 1947 fu trasformato in un dispositivo che ha un significato molto importante per lo sviluppo di materiali piezoelettrici. All'inizio degli anni '50 fu scoperta la serie di zirconato titanato di piombo e le sue prestazioni erano molto migliori del titanato di bario. Negli anni '60 furono sviluppate ceramiche piezoelettriche al niobato e negli anni '70 furono sviluppate ceramiche piezoelettriche trasparenti di piombo, lantanio, zirconato, titanato, che ampliarono ulteriormente le varietà e le serie di ceramiche piezoelettriche, e le più utilizzate sono le serie PT e PZT2. La piezoceramica è un materiale funzionale molto importante, studiato e sviluppato in molti paesi del mondo e la sua applicazione si è diffusa in diversi ambiti della vita quotidiana e della produzione.

Negli ultimi anni, con lo sviluppo di nuove tecnologie come quelle aerospaziali, elettroniche, informatiche, laser, microacustiche ed energetiche, sono stati imposti requisiti prestazionali più elevati per tutti i tipi di dispositivi materiali. La ceramica piezoelettrica, come nuovo materiale funzionale, è ampiamente utilizzata nella vita quotidiana come componenti piezoelettrici in sensori, accenditori di gas, allarmi, apparecchiature audio, pulizia a ultrasuoni, diagnosi mediche e dispositivi di comunicazione.

Le sue importanti applicazioni sono grosso modo divise in due categorie: vibratori piezoelettrici e trasduttori piezoelettrici. Il primo utilizza principalmente le caratteristiche di risonanza dell'oscillatore stesso, che richiedono proprietà piezoelettriche, dielettriche, elastiche e di altro tipo stabili e un elevato fattore di qualità meccanica. Quest'ultimo serve principalmente a convertire una forma di energia in un'altra forma di energia, e i materiali ceramici piezoelettrici utilizzati ora sono principalmente ceramici piezoelettrici a base di piombo come Pb (Ti,Zr) O (3 PZT), PbTiO3-PbTiO3-ABO3 (ABO3 è un composito ferroelettrico di perovskite).

Ceramica sensibile

Le ceramiche sensibili si riferiscono a ceramiche le cui proprietà cambiano con i cambiamenti delle condizioni esterne (temperatura, tensione, umidità, atmosfera). Quando una determinata condizione esterna, come temperatura, pressione, umidità, atmosfera, campo elettrico, luce e raggi cambia, può causare un cambiamento nelle proprietà fisiche del materiale, in modo che da questo si possa ottenere con precisione e rapidità un segnale utile elemento.

Ceramica ottica

Le cosiddette ceramiche trasparenti sono ceramiche che possono passare attraverso la luce. La ceramica è solitamente opaca, il motivo è che il materiale ceramico contiene micropori e altri difetti di rifrazione e diffusione della fibra ottica, per cui la luce difficilmente riesce a passare attraverso il corpo ceramico. Nel 1959, la General Electric Company propose per la prima volta che alcune ceramiche avessero trasmissione della luce, e poi nel 1962, RL Cole preparò per la prima volta ceramiche traslucide Al2O3 per confermarlo e aprì anche nuove aree di applicazione per i materiali ceramici.

Bioceramica

La bioceramica si riferisce a una classe di materiali ceramici utilizzati per specifiche funzioni biologiche o fisiologiche, ovvero materiali ceramici utilizzati direttamente nel corpo umano o correlati al corpo umano per scopi biologici, medici, biochimici, ecc. La bioceramica non ha solo le caratteristiche dell'acciaio inossidabile acciaio, plastica, ecc., ma hanno anche idrofilia e possono mostrare una buona affinità con i tessuti biologici come le cellule, che è un nuovo campo di sviluppo dell'industria dei materiali e a cui prestano attenzione i paesi di tutto il mondo.

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