Pjezoelektrinės medžiagos buvo naudojamos daugelyje sričių
(pvz., žiebtuvėliai, ultragarsiniai zondai, mobiliųjų telefonų varikliai, rašaliniai spausdintuvai ir kt.),
tačiau, palyginti su jų potencialu, platų jų pritaikymą platesniuose pramonės, energetikos ir vartotojų scenarijuose iš tiesų riboja keli veiksniai.
Štai penkios pagrindinės priežastys:
1. Medžiagos fiziniai apribojimai Ji yra trapi ir linkusi įtrūkti veikiant vibracijai, smūgiams ar šiluminiams ciklams.
Didelio{0}}patikimumo programose, pvz., automobilių ir aviacijos pramonėje, reikalinga papildoma apsauga nuo kapsulių, todėl didėja išlaidos ir dydis.
Aukštos temperatūros jautrumas Virš Curie temperatūros pjezoelektrinės savybės prarandamos visam laikui.
Net esant gerokai žemesnei nei Curie taško temperatūrai, našumas kinta priklausomai nuo temperatūros, todėl reikia sudėtingų kompensavimo grandinių.
Mažas išėjimo galios tankis Nors įtampa yra didelė, srovė yra labai maža, todėl energija yra ribota.
Išvada: tinka signalo{0}}lygio programoms (jutimo, mikro-pavaroms), bet netinka didelės-galios energijos konvertavimui.
2. Aplinkosaugos reglamentai Apribojimai Pagrindinėje didelio našumo pjezoelektrinėje keramikoje (PZT) yra net 60–70 % švino.
Įvairios šalys griežtai riboja švino naudojimą.
Nors pjezoelektrinės medžiagos be švino{0} yra kuriamos, jų našumas sudaro tik 50–70 % PZT. Nestabilūs gamybos procesai lemia mažą masinės gamybos išeigą ir didesnes sąnaudas.
Rezultatas: buitinės elektronikos gamintojai priversti atsisakyti pjezoelektrinių sprendimų ir pereiti prie elektromagnetinių arba elektrostatinių pavarų.
3. Sudėtingas sistemos integravimas
| Taikymo scenarijai | Pjezoelektrinių tirpalų skausmo taškai | Alternatyvių sprendimų privalumai |
| Mobiliųjų telefonų vibracijos varikliai | Requires high-voltage drive circuits (>50V) | Elektromagnetiniams varikliams reikia tik 3,7 V, o tai kainuoja 50 % pigiau |
| Energijos rinkimas (pvz., batų vidpadžių energijos generavimas) | Nestabili išvestis, reikalinga kintamosios srovės -DC konversija + energijos kaupimas | Tiesioginis mažų ličio baterijų naudojimas yra patikimesnis |
| Aktyvus vibracijos slopinimas | Reikalingas{0}}realaus laiko aptikimas ir grįžtamojo ryšio valdymo algoritmai | Pasyvūs guminiai vibracijos slopintuvai yra 10 kartų pigesni |
Nebent našumas yra nepakeičiamas (pvz., ultragarsinis vaizdas), inžinieriai pirmenybę teikia paprastesniems ir pigesniems sprendimams.
4. Rinkos suvokimas ir projektavimo inercija
Dauguma mechanikos/elektronikos inžinierių nėra susipažinę su pjezoelektrinėmis charakteristikomis ir linkę jas ignoruoti projektuodami.
Standartizuotų modulių trūkumas: Skirtingai nuo rezistorių ir kondensatorių, kuriuos galima įsigyti tiesiogiai, pjezoelektrinius komponentus dažnai reikia tobulinti pagal užsakymą.
Tradiciniai sprendimai jau tenkina poreikius, todėl mažai paskatų keistis.
Rezultatas: pjezoelektrinė technologija apsiriboja nišine rinka, kuri sunkiai patenka į pagrindinę tiekimo grandinę.
Bet! Pjezoelektrinės medžiagos išlieka nepakeičiamos šiose srityse:
| Laukas |
Priežastis |
| Medicininis ultragarsinis vaizdas | Aukšto-dažnio atsakas + neprilygstamas jautrumas |
| Tikslus padėties nustatymas (nano skalė) |
Poslinkio skiriamoji geba iki 0,1 nm |
|
High-Frequency Acoustic Devices (>1 MHz) |
Elektromagnetiniai sprendimai negali pasiekti šio dažnio |
|
Uždegimo/detonavimo įtaisai |
Savarankiškai-maitinamas, labai patikimas, be akumuliatoriaus- |
Ateities proveržio kryptys
Lanksčios pjezoelektrinės kompozicinės medžiagos: PZT mikrodalelių įterpimas į polimerus, derinant lankstumą ir pjezoelektrą (dėvimiems įrenginiams)
MEMS pjezoelektrinės mikrostruktūros: silicio{0}}pagrįsta integracija, mažinanti išlaidas, skirta daiktų interneto jutikliams
Švinas{0}}Nemokamos medžiagos našumo proveržis: jei KNN našumas priartės prie PZT, tai atvers duris plataus vartojimo elektronikai
AI-Optimizuotas energijos valdymas: mažo energijos kiekio naudojimo efektyvumo gerinimas
Santrauka: nors pjezoelektrinę keramiką riboja medžiagos savybės, aplinkos spaudimas, sistemos sąnaudos ir energijos vartojimo efektyvumas, todėl jos nėra tokios pat visur esančios kaip puslaidininkių, ji išlieka nepakeičiama didelio-tikslumo, aukšto dažnio{1}}savaime maitinamose{2}}mikrosistemose. Yuchang Laser Processing siūlo didelio efektyvumo ir brandžius įrangos procesus pjezoelektrinei keramikai už gana kontroliuojamas išlaidas.
