壓電陶瓷在呼吸機中的作用

新型冠狀病毒肺炎病人發(fā)展到重癥或者危重癥的標(biāo)志就是出現(xiàn)呼吸衰竭，呼吸快，出現(xiàn)低氧表現(xiàn)。因此，在早期發(fā)現(xiàn)低氧血癥時及時使用呼吸機干預(yù)的話，就可以避免重癥病人變成危重癥，為搶救病人生命贏得時間。而對于呼吸機的制造，壓電陶瓷功不可沒，因為基于壓電陶瓷材料制作成的壓電閥是現(xiàn)代呼吸機的關(guān)鍵零部件，通過壓電閥可對劑量進行細微調(diào)節(jié)，由此精確地控制氧氣混合量。而且由于壓電閥在切換過程幾乎無聲，因此不會對那些需要日夜通過儀器進行輔助呼吸的病人造成打擾，廣受醫(yī)療界好評。

呼吸機

壓電陶瓷是什么？

壓電陶瓷其實是一種利用壓電效應(yīng)，將機械能和電能互相轉(zhuǎn)換的信息功能陶瓷材料。這樣說吧，壓電陶瓷的工作原理就像一個可以將動能和勢能互相轉(zhuǎn)化的彈簧，在通電時就會發(fā)生變形。在壓電閥應(yīng)用中就是利用了這一點，讓兩塊相互連接的陶瓷板材朝向一個特定方向彎曲，借助這一連接板，就可以讓彎曲執(zhí)行器進行打開和閉合的操作。

壓電閥的工作原理

如果在彎曲執(zhí)行器上通電，陶瓷層緊縮，葉片向上彎曲，閥門打開（右圖）。如果切斷電壓，彎曲轉(zhuǎn)換器恢復(fù)原始形狀，閥門關(guān)閉（左圖）。電壓越高，閥門打開越大，由此可對氣流量進行調(diào)節(jié)。這些切換過程可以在壓電閥中非常迅速地連續(xù)進行。值得提醒的是，大家不要被上面的示意圖給誤導(dǎo)了。實際上，壓電陶瓷在電場作用下產(chǎn)生的形變量很小，最多不超過本身尺寸的千分之五。不過正是因為變化足夠微小，才能實現(xiàn)精確的控制，這個特性解決了精密儀器和機械的控制、微電子技術(shù)、生物工程等多個領(lǐng)域的許多難題。如果壓電陶瓷的真如彈簧一樣大的形變量，那就又回到了電磁閥的水平了。

陶瓷精雕機

壓電陶瓷其實同時具有正壓電性和逆壓電性。正壓電性是指某些電介質(zhì)在機械外力作用下，介質(zhì)內(nèi)部正負(fù)電荷中心發(fā)生相對位移而引起極化，從而導(dǎo)致電介質(zhì)兩端表面內(nèi)出現(xiàn)符號相反的束縛電荷。反之，當(dāng)給具有壓電性的電介質(zhì)加上外電場時，電介質(zhì)內(nèi)部正負(fù)電荷中心發(fā)生相對位移而被極化，由此位移導(dǎo)致電介質(zhì)發(fā)生形變，這種效應(yīng)稱之為逆壓電性。很顯然，壓電閥是利用了壓電陶瓷的逆壓電性。

那我們接下來再舉一個利用壓電陶瓷正壓電效應(yīng)的例子：目前市面上有一款煤氣灶，它里面使用的新款打火機就是利用了正壓電效應(yīng)。只要用手指壓一下打火按鈕，打火機上的壓電陶瓷就能產(chǎn)生高電壓，形成電火花而點燃煤氣。這種壓電打火機不僅使用方便，安全可靠，而且壽命極長，例如一種鋯鈦酸鉛壓電陶瓷制成的打火機，它的使用次數(shù)可達100萬次以上。

此外，壓電陶瓷在聲音轉(zhuǎn)換器，壓電引爆器，防核護目鏡，超聲波換能器，聲納等領(lǐng)域也有很多成熟的應(yīng)用。更值得關(guān)注的是，隨著5G時代的到來，壓電陶瓷在濾波器領(lǐng)域中也正大展拳腳。可以預(yù)見，隨著壓電陶瓷的集成化、小型化的發(fā)展，其應(yīng)用必將更加廣泛。

本文轉(zhuǎn)自粉體圈 作者：沐恩，僅供學(xué)習(xí)參考