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志就是出現呼吸衰竭，呼吸快，出現低氧表現。因此，在早期發(fā)現低氧血癥時(shí)及時(shí)使用呼吸機干預的話(huà)，就可以避免重癥病人變成危重癥，為搶救病人生命贏(yíng)得時(shí)間。而對于呼吸機的制造，壓電陶瓷功不可沒(méi)，因為基于壓電陶瓷材料制作成的壓電閥是現代呼吸機的關(guān)鍵零部件，通過(guò)壓電閥可對劑量進(jìn)行細微調節，由此精確地控制氧氣混合量。而且由于壓電閥在切換過(guò)程幾乎無(wú)聲，因此不會(huì )對那些需要日夜通過(guò)儀器進(jìn)行輔助呼吸的病人造成打擾，廣受醫療界好評。

呼吸機

壓電陶瓷是什么？

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

壓電閥的工作原理

如果在彎曲執行器上通電，陶瓷層緊縮，葉片向上彎曲，閥門(mén)打開(kāi)（右圖）。如果切斷電壓，彎曲轉換器恢復原始形狀，閥門(mén)關(guān)閉（左圖）。電壓越高，閥門(mén)打開(kāi)越大，由此可對氣流量進(jìn)行調節。這些切換過(guò)程可以在壓電閥中非常迅速地連續進(jìn)行。值得提醒的是，大家不要被上面的示意圖給誤導了。實(shí)際上，壓電陶瓷在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生的形變量很小，最多不超過(guò)本身尺寸的千分之五。不過(guò)正是因為變化足夠微小，才能實(shí)現精確的控制，這個(gè)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(gè)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(shí)同時(shí)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)內部正負電荷中心發(fā)生相對位移而引起極化，從而導致電介質(zhì)兩端表面內出現符號相反的束縛電荷。反之，當給具有壓電性的電介質(zhì)加上外電場(chǎng)時(shí)，電介質(zhì)內部正負電荷中心發(fā)生相對位移而被極化，由此位移導致電介質(zhì)發(fā)生形變，這種效應稱(chēng)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(lái)再舉一個(gè)利用壓電陶瓷正壓電效應的例子：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。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(diǎn)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(cháng)，例如一種鋯鈦酸鉛壓電陶瓷制成的打火機，它的使用次數可達100萬(wàn)次以上。

此外，壓電陶瓷在聲音轉換器，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用。更值得關(guān)注的是，隨著(zhù)5G時(shí)代的到來(lái)，壓電陶瓷在濾波器領(lǐng)域中也正大展拳腳?？梢灶A見(jiàn)，隨著(zhù)壓電陶瓷的集成化、小型化的發(fā)展，其應用必將更加廣泛。

本文轉自粉體圈 作者：沐恩，僅供學(xué)習參考