נעשה שימוש בחומרים פיזואלקטריים בתחומים רבים
(כגון מצתים, בדיקות אולטרסאונד, מנועים לטלפונים ניידים, מדפסות הזרקת דיו וכו').
אך בהשוואה לפוטנציאל שלהם, האימוץ הנרחב שלהם בתרחישים רחבים יותר של תעשייה, אנרגיה וצרכנים מוגבלת על ידי מספר גורמים.
להלן חמש סיבות מרכזיות:
1. מגבלות פיזיות של החומר הוא שביר ונוטה להיסדק תחת רטט, הלם או רכיבה תרמית.
ביישומי אמינות- גבוהה כגון רכב וחלל, נדרשת הגנת עטיפה נוספת, מה שמגדיל את העלות והגודל.
רגישות לטמפרטורה גבוהה מעל טמפרטורת Curie, תכונות פיזואלקטריות אובדות לצמיתות.
אפילו בטמפרטורות הרבה מתחת לנקודת Curie, הביצועים נסחפים עם הטמפרטורה, מה שמצריך מעגלי פיצוי מורכבים.
צפיפות הספק נמוכה למרות שהמתח גבוה, הזרם קטן ביותר, וכתוצאה מכך אנרגיה מוגבלת.
מסקנה: מתאים ליישומים ברמת-אות (חישה, מיקרו-מפעילים), אך אינו מתאים להמרת אנרגיה גבוהה-.
2. הגבלות תקנות סביבתיות קרמיקה פייזואלקטרית (PZT) בעלת ביצועים גבוהים-מיינסטרים מכילה עד 60-70% עופרת.
מדינות שונות מגבילות בקפדנות את השימוש בעופרת.
בעוד חומרים פיזואלקטריים נטולי עופרת- נמצאים בפיתוח, הביצועים שלהם הם רק 50-70% מאלו של PZT. תהליכי ייצור לא יציבים מובילים לתשואות נמוכות של ייצור המוני ועלויות גבוהות יותר.
תוצאה: יצרני מוצרי אלקטרוניקה נאלצים לנטוש פתרונות פיזואלקטריים ולעבור לכוננים אלקטרומגנטיים או אלקטרוסטטיים.
3. שילוב מערכות מורכבות
| תרחישי יישום | נקודות כאב של פתרונות פיזואלקטריים | היתרונות של פתרונות אלטרנטיביים |
| מנועי רטט לטלפונים ניידים | Requires high-voltage drive circuits (>50V) | מנועים אלקטרומגנטיים דורשים רק 3.7V, בעלות של 50% פחות |
| קצירת אנרגיה (למשל, ייצור חשמל של מדרסים לנעליים) | פלט לא יציב, דורש המרת AC-DC + אחסון אנרגיה | שימוש ישיר בסוללות ליתיום קטנות הוא אמין יותר |
| שיכוך רעידות אקטיבי | דורש חישה- בזמן אמת + אלגוריתמים לבקרת משוב | בולמי רעידות גומי פסיביים זולים פי 10 |
אלא אם כן הביצועים אינם ניתנים להחלפה (למשל הדמיה על-קולית), המהנדסים נותנים עדיפות לפתרונות פשוטים וזולים יותר.
4. תפיסת שוק ואינרציה עיצובית
רוב מהנדסי המכונות/אלקטרוניקה אינם מכירים מאפיינים פיזואלקטריים ונוטים להתעלם מהם במהלך התכנון.
חוסר במודולים מתוקננים: בניגוד לנגדים וקבלים, אותם ניתן לרכוש ישירות, רכיבים פיזואלקטריים דורשים לרוב פיתוח מותאם אישית.
פתרונות מסורתיים כבר עונים על הצרכים, ומשאירים מעט תמריץ להחליף.
תוצאה: הטכנולוגיה הפיזואלקטרית מוגבלת לשוק נישה, מתקשה להיכנס לשרשרת האספקה המרכזית.
אֲבָל! חומרים פיזואלקטריים נותרים בלתי ניתנים להחלפה בתחומים אלה:
| שָׂדֶה |
לְנַמֵק |
| הדמיית אולטרסאונד רפואית | תגובת-תדירות גבוהה + רגישות שאין שני לה |
| מיקום מדויק (ננומטרי) |
רזולוציית תזוזה של עד 0.1 ננומטר |
|
High-Frequency Acoustic Devices (>1 מגה-הרץ) |
פתרונות אלקטרומגנטיים אינם יכולים להגיע לתדר זה |
|
התקני הצתה/פיצוץ |
מופעל-עצמי, אמינות גבוהה, ללא סוללה- |
כיווני פריצת דרך עתידיים
חומרים מרוכבים פיזואלקטריים גמישים: הטמעת מיקרו-חלקיקי PZT בפולימרים, שילוב גמישות ופיזואלקטריות (עבור מכשירים לבישים)
MEMS Piezoelectric Microstructures: אינטגרציה מבוססת-סיליקון, הפחתת עלויות, עבור חיישני IoT
פריצות דרך של-ביצועי חומר ללא תשלום: אם ביצועי KNN יתקרבו לזה של PZT, זה יפתח את הדלת לאלקטרוניקה צריכה
AI-ניהול אנרגיה אופטימלי: שיפור היעילות של ניצול כמויות קטנות של אנרגיה
תַקצִיר: בעוד קרמיקה פיזואלקטרית מוגבלת על ידי תכונות החומר, לחצים סביבתיים, עלויות מערכת ויעילות אנרגטית, ומונעות מהם להיות נפוצים כמו מוליכים למחצה, הם נותרים בלתי ניתנים להחלפה במיקרו-מערכות-בדיוק{1}}גבוהות,-גבוהות. Yuchang Laser Processing מציע יעילות גבוהה ותהליכי ציוד בוגרים לקרמיקה פיזואלקטרית בעלויות ניתנות לשליטה יחסית.
