शोधकर्ताओं ने तापमान के प्रति संवेदनशीलता के लिए पिज़ोइलेक्ट्रिक एक्ट्यूएटरों को अनुकूलित किया

गहरे समुद्र के अन्वेषण और एयरोस्पेस अनुप्रयोगों जैसे चरम वातावरण में, मिनट विस्थापन नियंत्रण मिशन की सफलता को निर्धारित कर सकता है।सटीक गति प्रणालियों के मुख्य घटकों के रूप मेंइन थर्मल गुणों को सही ढंग से समझना और प्रभावी ढंग से प्रबंधित करना इंजीनियरों के लिए एक महत्वपूर्ण चुनौती है।

पिज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक एक्ट्यूएटर का तापमान व्यवहार मुख्य रूप से दो कारकों पर निर्भर करता हैः अवशिष्ट तनाव और मजबूर क्षेत्र।इन मापदंडों के तापमान निर्भरता actuator के समग्र प्रदर्शन को निर्धारित करता हैतापमान में भिन्नताएं पीज़ोइलेक्ट्रिक तत्वों और उनके भौतिक आयामों के विस्थापन को प्रत्यक्ष रूप से प्रभावित करती हैं।

जैसे-जैसे तापमान घटता है, दोनों अवशिष्ट तनाव (S_रेम) और बाध्यकारी क्षेत्र (E)_रेमयह कम तापमान पर पीज़ोइलेक्ट्रिक सामग्री में अधिक ध्रुवीकरण स्थिरता का संकेत देता है, लेकिन साथ ही नियंत्रण चुनौतियों को पेश करता है।कम तापमान भी द्विध्रुवीय तनाव वक्र को समतल करता है, द्विध्रुवीय ड्राइव के तहत समान कुल तनाव आयाम बनाए रखते हुए एकध्रुवीय संचालन में तनाव को काफी कम करते हुए।

विशेष रूप से, पिज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक में नकारात्मक थर्मल विस्तार गुणांक होते हैं। पारंपरिक औद्योगिक सिरेमिक के विपरीत जो ठंडा होने पर सिकुड़ जाते हैं,पिज़ोइलेक्ट्रिक सामग्री कम तापमान पर फैलती हैयह असामान्य थर्मल व्यवहार ध्रुवीकरण की डिग्री के साथ दृढ़ता से संबंधित है - अधिक पूर्ण ध्रुवीकरण प्रभाव को तेज करता है।सटीक उपकरण डिजाइन तापमान उतार-चढ़ाव से संरचनात्मक विरूपण को रोकने के लिए इस अद्वितीय संपत्ति को ध्यान में रखना चाहिए.

आधुनिक बहुपरत सिरेमिक एक्ट्यूएटर असाधारण प्रदर्शन और विश्वसनीयता का प्रदर्शन करते हैं, क्यूरी तापमान 350°C तक पहुंच जाता है।यह व्यापक तापमान सीमाओं में न्यूनतम पैरामीटर भिन्नता को सक्षम बनाता है, उच्च तापमान पर विस्थापन परिवर्तन दर 0.05%/K तक कम है।

हालांकि, क्रायोजेनिक वातावरण महत्वपूर्ण चुनौतियां पेश करते हैं। तरल हीलियम के तापमान पर, एकध्रुवीय संचालित पीज़ोइलेक्ट्रिक एक्ट्यूएटर अपने कमरे के तापमान विस्थापन का केवल 10-15% उत्पादन कर सकते हैं।द्विध्रुवीय ड्राइविंग इस सीमा को दूर कर सकती है, लेकिन कम तापमान पर बढ़े हुए बाध्यकारी क्षेत्रों से क्षति को रोकने के लिए सावधानीपूर्वक वोल्टेज नियंत्रण की आवश्यकता होती है।

थर्मल बहाव सटीक स्थिति निर्धारण प्रणालियों में एक महत्वपूर्ण विचार बना हुआ है। जबकि बंद-लूप सर्वो नियंत्रण अंशतः गैर-रैखिकता, हिस्टेरिसिस, क्रॉप और थर्मल बहाव को कम कर सकता है,सटीक नियंत्रण प्राप्त करने के लिए अक्सर कुछ विस्थापन क्षमता का त्याग करना पड़ता हैव्यावहारिक समाधान सक्रिय या निष्क्रिय तापमान मुआवजे के लिए अनुकूलित सामग्री चयन, एक्ट्यूएटर प्रकार और सिस्टम डिजाइन को जोड़ते हैं।

पूरी तरह से सिरेमिक झुकने वाले एक्ट्यूएटर सममित संरचनाओं से लाभान्वित होते हैं जो विस्थापन-दिशा थर्मल बहाव को कम करते हैं। विभिन्न इनकैप्सुलेशन विकल्प ऑपरेशनल रेंज को और बढ़ाते हैं।मानक बंधे हुए एक्ट्यूएटर आमतौर पर -20°C से 85°C के बीच काम करते हैं, जबकि उन्नत बहुपरत उत्पाद -40°C से 150°C तक काम कर सकते हैं। विशेष वेल्डिंग तकनीकें -271°C से 200°C तक लगभग 500K पर काम करने की अनुमति देती हैं।

सामग्री और पैकेजिंग में निरंतर नवाचार थर्मल प्रदर्शन को बढ़ाता है। पूरी तरह से सिरेमिक स्टैक एक्ट्यूएटर -2.5 ppm/K के आसपास थर्मल विस्तार गुणांक प्रदर्शित करते हैं,जबकि धातु-एंडप्लेट संस्करणों में चिपकने वाली परतों के गैर-रैखिक प्रभावों के कारण सकारात्मक गुणांक हैं.

प्रमुख अनुसंधान दिशाओं में क्युरी तापमान बढ़ाने और थर्मल संवेदनशीलता को कम करने के लिए पिज़ोइलेक्ट्रिक सामग्री फॉर्मूलेशन को परिष्कृत करना शामिल है।थर्मल तनाव के प्रभावों को कम करने के लिए विशेष कैप्सुलेशन डिजाइन, और वास्तविक समय में विस्थापन समायोजन के लिए सटीक तापमान मुआवजा सर्किट।

तापक्रम पिज़ोइलेक्ट्रिक एक्ट्यूएटर के प्रदर्शन में एक महत्वपूर्ण कारक बना हुआ है। थर्मल तंत्र की व्यापक समझ और प्रभावी नियंत्रण रणनीतियों के कार्यान्वयन के माध्यम से,ये घटक मांग वाले परिचालन वातावरण में असाधारण कार्यक्षमता प्रदान कर सकते हैं.