stanford-oval/wikipedia huggingface dataset:
مواد پیشرفته
استانداردها و دستورالعمل‌ها برای مواد پیشرفته > دستورالعمل طراحی و بانک اطلاعاتی

در ایالات متحده سازمان‌های زیادی برای طراحی و نگهداری دستورالعمل‌ها گسترش یافته‌اند که جدول زیر برخی از نمونه‌ها را نشان می‌دهد. برای مواد پیشرفته، دو نمونه بارز ASME Boiler و Pressure Vessel را می‌توان مثال زد.
| کاربرد | دستورالعمل طراحی |
| --- | --- |
ساختمان، مسکن و غیره: دستورالعمل واحد ساختمان (UBC)
مخزن‌های فشار و تجهیزات آن: دستورالعمل مخزن بویلری و فشار(ASME)
جوشکاری و فلزجوش در فلزات: دستورالعمل جوشکاری ساختمانی(AWS)
سیستم‌های محافظ آتش، عایق‌ها و غیره: دستورالعمل واحد آتش(UFC)
لوله‌کشی، HVAC و غیره: دستورالعمل واحد مکانیکی
مواد متخلخل (فیلترهای سرامیکی متخلخل)

محصولات فیلتر سرامیکی دسته ای از مواد پیشرفته سرامیکی به‌شمار می‌روند که با داشتن ساختاری بسیار متخلخل و به هم پیوسته عمدتاً برای کاربردهای انتقال جرم و حرارت و جداسازی و تغلیظ مورد استفاده قرار می‌گیرند.
مهم‌ترین ویژگی فیلترها، داشتن خلل و فرج‌هایی با اندازه و ابعاد مشخص است، به همین دلیل، فیلتر را یک محیط متخلخل می‌نامند. این مواد در کنار نسبت سطح به حجم (سطح مخصوص) بالا دارای پایداری شیمیایی بی نظیر در مجاورت مواد اسیدی و بازی بوده و در دماهای بالا (بالاتر از ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد) پایداری حرارتی بسیار مطلوبی از خود نشان می‌دهند. از این مواد پیشرفته در کاربردهای صنعتی متعدد از قبیل تصفیه و آخالگیری مذاب، کاتالیست‌های صنعتی، سد شعله نیروگاهی، گرمکن‌های تابشی صنعتی، کامپوزیت‌های ریختگی، فیلتراسیون هوا و سیالات (عموماً خورنده)، مواد پزشکی کاشتنی داخل بدن و … استفاده می‌شود. فیلتر سرامیکی در اشکال و اندازه‌های مختلف مانند دایره، مربع و مستطیل و.. عرضه می‌گردد. یکی از فاکتورهای نامگذاری فیلتر عدد تخلل است که عبارتست از عبارتست از تعداد سوراخ در اینچ طولی یک فیلتر این عدد از ۱۰الی ۶۰ است لیکن متداولترین نوع تخلل از۱۰ تا ۳۰ است.
انواع متداول فیلترهای سرامیکی عبارتند از:
فیلترهای سرامیکی سیلیکون کارباید
فیلتر سرامیکی از جنس سیلیکون کارباید با استحکام مکانیکی بالا و مقاومت به شوک‌های حرارتی عالی و قابلیت استفاده تا دمای بالای ۱۴۵۰درجه سانتیگراد به رنگ خاکستری و برای تصفیه چدن، برنچ برنز و قابلیت حذف و تصفیه حد اکثر ناخالصی دراین مواد فلزی را دارد.
فیلتر سرامیکی زیرکونیومی
این دسته از فیلترها به رنگ نخودی یا زرد مایل به سفید و تحمل حرارت تا ۱۷۰۰درجه سانتیگراد را دارا است. این فیلترها مناسب برای تصفیه فولاد از آخال هستند.
فیلتر سرامیکی آلومینایی
این محصول با ظاهری سفید رنگ و استحکام عالی در کلیه کاربردهای در معرض با مواد خورنده و ساینده دما بالا (تا ۱۲۰۰ درجه سانتیگراد) کاربرد فراوان دارد. در صنایع ذوب آلومینیومی از این محصول به منظور تصفیه و آخالگیری و در نتیجه افزایش کیفیت محصولات ریختگی استفاده می‌شود.
کاربرد مواد پیشرفته در پزشکی > مقدمه

به مواد طبیعی یا مصنوعی که در تماس با بافت، خون و سیالات بیولوژیکی بوده و در پروتزها، وسایل تشخیصی درمانی یا نگهداری بدون داشتن تأثیر نامطلوب بر ارگانیسم زنده و ترکیبات آن استفاده می‌شود بیومتریال گفته می‌شود. زیست‌ماده‌ها از نظر سیستمی و دارویی خنثی بوده و برای کاشت درون یا همراه با سیستم زنده استفاده می‌شود. با توجه به این تعاریف برای استفاده از یک بیومتریال در پزشکی یا دندانپزشکی نیاز به داشتن آگاهی کامل در بسیاری از علوم هستیم. به‌طور کی می‌توان گفت موفقیت زیست‌ماده‌ها در محیط بدن به عوامل زیادی نظیر خواص ماده و زیست سازگاری ماده بستگی دارد. برخی از خواصی که بسته به کارکرد زیست‌ماده‌ها در قسمت‌های مختلفی بدن اهمیت دارد عبارتند از: خواص مکانیکی کافی نظیر استحکام و سختی، خواص نوری مطلوب (در صورتیکه ماده در چشم، پوست و دندان استفاده شود)، چگالی مناسب قابلیت سترون شدن و نگهداری طولانی مدت.
| سیستم | مثال |
| --- | --- |
اسکلتی: صفحه شکسته بندی استخوان، تعویض مفصل
ماهیچه ای: نخ‌های بخیه، محرک عملکرد ماهیچه
گردش خون: رگ مصنوعی، دریچهٔ قلب مصنوعی
تنفسی: دستگاه اکسیژن رسان
پوستی: پوست مصنوعی
ادراری: دستگاه دیالیز کلیه، استنت
عصبی: ضربان ساز قلبی
زیبایی: جایگزین‌های زیبایی
کاربرد مواد پیشرفته در پزشکی > مقدمه > زیست مواد پیشرفته سرامیکی

در سال‌های اخیر محققان از سرامیک‌ها و کامپوزیت‌های آن برای تقویت و جایگزینی قسمت‌های مختلف بدن به ویژه استخوان استفاده نموده‌اند؛ بنابراین سرامیک‌هایی که بدین منظور بکار می‌روند را می‌توان در گروهی با عنوان بیو سرامیک قرار داد. یک سرامیک باید خواصی نظیر زیست سازگار بودن غیر سمی بودن خنثی بودن در برابر مایعات بدن اجازه یا تشویق بافت آسیب دیده به تشکیل استخوان و… را داشته باشد تا در گروه بیو سرامیک‌ها قرار گیرد.
سرامیک‌های مورد استفاده در ساخت کاشتنی‌ها را می‌توان در گروه‌های زیر قرار داد:
سرامیک‌های غیرقابل جذب (تقریباً زیست خنثی)
سرامیک‌های زیست فعال (نیمه خنثی)
سرامیک‌های زیست تخریب پذیر یا جذب شونده (خنثی)
کاربرد مواد پیشرفته در پزشکی > مقدمه > زیست مواد پیشرفته سرامیکی > سرامیک‌های غیرقابل جذب (تقریباً زیست خنثی)

سرامیک‌های زیست خنثی پس از قرارگیری در بدن میزبان خواص فیزیکی و مکانیکی خود را حفظ می‌کند. این دسته از مواد مقاوم به سایش و خوردگی هستندو کلیهٔ خواص بیو سرامیک‌ها از قبل غیر سمی بودن و… را دارا می‌باشند. سرامیک‌های زیرکونیا از جمله سرامیک‌های زسیت خنثی می‌باشند.
کاربرد مواد پیشرفته در پزشکی > مقدمه > زیست مواد پیشرفته سرامیکی > سرامیک‌های زیست فعال یا واکنش پذیر در سطح (نیمه خنثی)

سرامیک‌هایی با فعالیت سطحی پس از کاشت در بدن میزبان (با استخوان واکنش داده و اتصال شیمیایی ایجاد می‌کند). از جملهٔ این سرامیک‌ها می‌توان به شیشه سرامیک‌های بیو اکتیو اشاره کرد.
کاربرد مواد پیشرفته در پزشکی > مقدمه > زیست مواد پیشرفته سرامیکی > سرامیک‌های جذب شونده (خنثی)

این دسته از سرامیک‌ها همان‌طور که از نامشان پیداست پس از کاشت در بدن میزبان دچار تخریب شده و جایگزین بافت‌های آسیب دیده می‌گردد. از جمله سرامیک‌های قابل جذب می‌توان به مرجان‌ها گچ پاریس، هیدروکسی آپاتیت و کلسیم فسفات اشاره کرد؛ و برخی از مصارف سرامیک‌های قابل جذب عبارت است از:
ترمیم استخوان‌های آسیب دیده به علت بیماری و ترما
پر کردن فضاهای تخلیه شده در اثر تومورهای خارج شده و استخوان‌های از دست رفته
ترمیم و جوش دادن مهره و ستون فقرات
ترمیم ضایعات دندانی فک و صورت
کاشتنی‌های چشمی از جنس هیدروکسی آپاتیت
در ادامه به برخی از این مواد صورت اجمالی به برخی از این مواد اشاره می‌شود:
کاربرد مواد پیشرفته در پزشکی > مقدمه > زیست مواد پیشرفته سرامیکی > سرامیک‌های جذب شونده (خنثی) > کلسیم فسفات

سیمان‌های استخوانی کلسیم فسفات بهترین جایگزین بافت سخت هستند. کلسیم فسفات‌ها ترکیباتی هستند که توسط بدن در فرایند استخوان سازی مورد استفاده قرار می‌گیرند. این مواد در شکل‌هایی نظیر بلوک‌های متخلخل یا متراکم یا سیمان به عنوان بهترین جایگزین بافت استخوانی مورد استفاده هستند. سیمان‌های کلسیم فسفاتی از دو قسمت پودری و مایع تشکیل شده است که پس از اختلاط یا یکدیگر به صورت خمیر هموژن در می‌آیند که می‌تواند در دمای اتاق و بدن سفت شود. این سیمان‌ها قادر به پر کردن هر گونه ضایعهٔ استخوانی هستند. مزایای استفاده از سیمان‌های کلسیم فسفاتی عبارت است از :زیست سازگاری، زیست تخریب پذیری بالا، قابلیت تزریق و….
کاربرد مواد پیشرفته در پزشکی > مقدمه > زیست مواد پیشرفته سرامیکی > سرامیک‌های جذب شونده (خنثی) > کاربردهای بالینی سیمان‌های کلسیم فسفاتی

کاربردهای ارتوپدیک
ترمیم ضایعات فک و جمجمه (اولین بار برای درمان ضایعات موجود بر روی جمجمهٔ بک خوک مورد استفاده قرار گرفت و مشاهده شد بعد از گذشت ۱۸۰ روز بافت مورد نظر جایگزین شده بود)
درمان استئونکروز (استئونکروز یا اصطلاحاً مرگ اسنخوان به حالتی گفته می‌شود که جریان خون به بافت زندهٔ استخوانی نرسد و در نهایت سلول‌های استخوانی از بین رود). ی
کاربردهای دندانی
کاربرد مواد پیشرفته در پزشکی > مقدمه > زیست مواد پیشرفته سرامیکی > سرامیک‌های جذب شونده (خنثی) > زیرکونیا و آلومینا

زیرکونیا و آلومینا زیرکونیای خالص از تبدیل شیمیایی زیرکون به دست می‌آید زیرکونیا از طریق فرایند رسوب دهی ماده معدنی زیرکون که به فراوانی در طبیعت موجود است به دست می‌آید. در یک بررسی صورت گرفته ۶ درصد مولی Y2O3 به عنوان ناخالصی به زیرکونیا اضافه شده است؛ و زیرکونیای نسبتاً پایدار به دست آمده برای کاشت در استخوان مورد استفاده قرار گرفته است. زیرکونیا در ترکیب با پلی اتیلن با وزن مولکولی فوق‌العاده زیاد، زیست سازگاری عالی و اصطکاک و مقاومت بسیار عالی نشان داده شده است.
آلومینا ماده ای سرامیکی با سختی بالا و اصطکاک پایین است که در مجیط درون تن خنثی است. کلیهٔ این خواص آلومینا را به یک مادهٔ مناسب به عنوان جایگزین مفصل بدل کرده است. یکی از کاربردهای متداول اکسید آلمینیوم در پروتزهای ران است.
کاربرد مواد پیشرفته در پزشکی > مقدمه > زیست مواد پیشرفته فلزی

فلزات از گذشته تا به امروز به دلیلی دارا بودن برخی از ویژگی‌ها از قبیل خصوصیات مکانیکی عالی، هدایت حرارتی و الکتریکی مناسب به عنوان بیومتریال (زیست مواد) به صورت گسترده مورد استفاده بوده است. برخی از فلزات به دلیل خصوصیات مکانیکی و مقاومت بالا در برابر خوردگی به عنوان مواد غیرفعال برای جایگزینی بافت سخت مانند مفصل‌های ران و زانو، کاشتنی‌های دندانی و… بکار برده شده است. برخی دیگر از آلیاژهای فلزی برای عملکردهای فعال مانند کاشتنی‌های حلزون گوش مورد استفاده قرار می‌گیرند.
سرامیک‌های الکترونیکی

عمده‌ترین استفاده از سرامیک‌های پیشرفته در صنایع الکترونیک است که حدود ۶۶ درصد کل مصرف سرامیک‌های پیشرفته را به خود اختصاص می‌دهند.
مهم‌ترین مواد سرامیکی برای کاربردهای الکترونیکی، اکسیدهای خالص یا مخلوطی از اکسیدها هستند که شامل آلومینا، زیرکونیا، سیلیسیا، فیبرها، محافظ‌ها در مدارهای الکتریکی و الکترونیکی، خازن‌ها، تبدیل‌کننده‌ها، القاگرها، ابزارهای پیزواکتریکی و سنسورهای فیزیکی و شیمیایی عمده‌ترین موارد استفاده سرامیک‌های اکترونیکی هستند.
سرامیک‌های الکترونیکی > دی الکتریک‌ها

دی الکتریک‌های صنعتی غالباً به چند گروه تقسیم‌بندی می‌شوند که عبارت است از:
ترموسترهای PTC(دی الکتریک اکسیدی)
ترمیستورهای NTC
سرامیک‌های الکترونیکی > دی الکتریک‌ها > ترمیسترهای PTC(دی الکتریک اکسیدی)

باریم تیتانات BaTio3یک مادهٔ فروالکتریک با ثابت دی الکتریک بالا و مقاومت عایق بالا است؛ بنابراین، از سال کشفش در سال ۱۹۴۳ در صنعت الکترونیک برای خازن‌های سرامیکی به‌طور گسترده استفاده می‌شود. سرامیک عایق باریوم تیتانات با اضافه کردن مقدار اندکی از اکسیدهای فلزات خاک‌های نادر مانندY2O3،La2O3 Sm2O3،Ce2O3به نیمه هادی تبدیل می‌شود. در سال ۱۹۵۵ عدم وابستگی دمایی غیرمعمول مقاومت در بالای دمای کوری نیمه رسانای تولید شده از سرامیک‌های باریوم تیتاناتی کشف گردید.
مقاومت این نیمه هادی که ضریب دمای مثبت (PTC) نیمه رسانا نامیده می‌شود، به‌طور شدیدی در بالای دمای کوری (T_c) افزایش می‌یابد، تا دمای T_(n) که مقاومت به ماکزیمم مقدار خود می‌رسد. دمای مشخص شده به سه ناحیه تقسیم می‌شود (ناحیهٔ I, II و III در شکل ۱) بر اساس رفتار مقاومتی انجام می‌شود.
شکل۱. نواحی دمایی مشخصه در سرامیک‌های PTC
این افزایش شدید در مقاومت در بالای دمای کوری یک کشف بسیار مهم در زمینهٔ کاربردهای عملی ترمیستورها(thermistor) است. این کشف برای تحقیقات بنیادی در زمینهٔ مکانیزم‌های رسانش نیز مهم است.
سرامیک‌های الکترونیکی > دی الکتریک‌ها > ترمیسترهای PTC(دی الکتریک اکسیدی) > کاربردهای ترمیستورPTC

ترمیستورهای PTC در محصولات الکترونیکی زیادی مانند تلویزیون‌های رنگی، یخچال‌ها، هیترهای باد گرم و کامپیوترهای شخصی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
سرامیک‌های الکترونیکی > دی الکتریک‌ها > ترمیستورهای NTC

ترمیستورهای با ضریب دمایی منفی(NTC) مواد نیمه رساناهایی هستند که مقاومت آن‌ها با افزایش دما کاهش می‌یابد
سرامیک‌های الکترونیکی > دی الکتریک‌ها > ترمیستورهای NTC > کاربردهای ترمیستور NTC

ترمیستورهای NTC به عنوان اصلاح‌کننده دمایی، سنسور دما و وسایل جلوگیری‌کننده از افزایش شدید جریان، مورد استفاده قرار می‌گیرند. تمام این کاربردها بر اساس ویژگی‌های مقاومت- دمایی ترمیستورهای NTC بنا گذاشته شده است.
۳. وریستورهای سرامیکی
وریستورهای اکسید فلزی وسایل هستند که دارای نیمه رسانای سرامیکی هستند.
وریستورهای اکسید فلزی عمدتاً در مدارهایی برای حفاظت در برابر نوسانات شدید القایی، نویزهای زود گذر کوتاه یا نوسانات شدید برق به وجود می‌آید استفاده می‌شود. دی الکتریک اکسیدی مانند سرامیک‌های الکتریکی :در خطوط انتقال نیرو، لازم است هادی‌های ولتاژ یه نحوی از برج‌ها ایزوله شوند و برای این کار از مقره‌ها استفاده می‌شود. یا در دکل‌های مخابراتی که مقره‌های دو یا چند شیاره حامل سیم‌های مخابراتی هستند.
سرامیک‌های الکترونیکی > سرامیک‌های پیزو الکتریک > تئوری

تمام مواد تحت میدان الکتریکی دچار یک تغییر کوچک در اندازه می‌شوند. اگر کرنش حاصل متناسب با توا ن دوم شدت میدان باشد، این پدیده را اثر الکترواستریکتیو (به انگلیسی: electrostrictive effect) می‌نامند. برخی از مواد پدیده‌ای معکوس را نشان می‌دهند، یعنی هنگامی که تحت یک تنش اعمالی دچار کرنش می‌شوند در آن‌ها یک قطبش الکتریکی پدید می‌آید، به این مواد پیزوالکتریک می‌گویند. با اولین تقریب این قطبش متناسب با تنش است و این اثر مستقیم نامیده می‌شود. مواد پیزوالکتریک یک اثر معکوس نیز از خود نشان می‌دهند، یعنی با اعمال یک میدان الکتریکی، کرنشی (x) متناسب با میدان اعمالی در آن‌ها ایجاد می‌شود. پدیده الکترواستریکشن با رابطه زیر بیان می‌شود:
X = QP2
که در آن Q ضریب الکترواستریکشن نامیده می‌شود.
برای موادی که ɛr \gg D است، رابطه P~D برقرار است و بنابراین معادله بالا را می‌توان به صورت زیر نوشت:
X = QD2 = Qɛ2E2
از ۳۲ گروه مواد بلوری، ۱۱ گروه دارای مرکز تقارن و غیر قطبی هستند. در این مواد تنش اعمالی به جابه‌جایی تقارن یونی منجر می‌شود، به نحوی که تغییر خالصی در گشتاور دوقطبی مشاهده نمی‌شود. ۲۱ دسته بلوری دیگر نامتقارن هستند که ۲۰ دسته از آن‌ها از خود اثر پیزوالکتریک نشان می‌دهند. تنها یک استثناء در سیستم مکعبی وجود دارد که ویژگی‌های تقارنی آن باعث اثر پیزوالکتریک نمی‌شود.
سرامیک‌های الکترونیکی > سرامیک‌های پیزو الکتریک > ویژگی‌های عمومی  {\ce {PZT}} {\ce {(Pb(Ti,Zr)O3)}} و نحوه ساخت آن > مقدمه

اولین و پیزوسرامیکی که به‌صورت تجاری ساخته شد  {\ce {BaTiO3}} بود. در دهه ۱۹۵۰ مشخص شد که سیستم محلول جامد  {\ce {PZT}}  {\ce {(Pb(Ti,Zr)O3)}} که ساختار پروسکایت نیز دارد، فروالکتریک است. امروزه ترکیبات  {\ce {PZT}}پر استفاده‌ترین پیزوسرامیک‌ها هستند. توصیف خواص و فرایند ساخت  {\ce {PZT}}که در ادامه به آن اشاره می‌شود، ایده‌های مهمی را برای بحث‌های آتی در مورد بهبود خواص پیزوسرامیک‌ها، شامل  {\ce {PZT}} (و سایر پیزوسرامیک‌ها) برای کاربردهای ویژه مطرح می‌کند.
سرامیک‌های الکترونیکی > سرامیک‌های پیزو الکتریک > ویژگی‌های عمومی  {\ce {PZT}} {\ce {(Pb(Ti,Zr)O3)}} و نحوه ساخت آن > اثر یون‌های جانشین غیر هم‌ظرفیت

چندین نمونه از سیستم‌های اکسیدی که به‌وسیله جانشینی کاتیون‌های چند ظرفیتی کنترل می‌شود. به‌عنوان مثال  {\ce {Sb^5+}} می‌تواند جایگزین  {\ce {Sn^4+}} در  {\ce {SnO2}} و به وسیله یک الکترون در نوار هدایت خنثی شود که این باعث رسانایی نوع n می‌شود. اما عموماً مدل‌های سیستم‌های اکسیدی از مدل‌های سیلیسیم پیچیده‌ترند و به مراتب کمتر مورد بررسی قرار گرفته‌اند.
یک محدودیت مهم در تحقیق حاضر در دسترس نبودن اکسیدهایی است که خلوص آن‌ها مانند بلورهای سیلیسی در حد چند قسمت ناخالصی در ۱۰۹ باشد. اصطلاح خلوص بالا که برای اکسیدها به‌کار می‌رود معمولاً برای ناخالصی‌های کمتر از ۱ در ۱۰۴ اتم به کار می‌رود که عمدتاً فراوان و متداولی مانند منیزیم، آلومینیم، سیلیسیم، فسفر، کلسیم، آهن و مقدار بسیار کمی از عناصر کمیاب مانند نیوبیم، تنتالم، سریم، لانتانیم و غیره را شامل می‌شود. بخش عمده ناخالصی‌های اصلی در  {\ce {BaTiO3}}کاتیون‌هایی مانند  {\ce {Mg^2+}}، {\ce {Al^3+}}+،  {\ce {Fe^3+}} و  {\ce {Ca^2+}} هستند که هنگامی که جایگزین یون‌های  {\ce {Ti^4+}} می‌شوند، گیرنده‌ها را می‌سازند. کمبود حاصل در بار به وسیله فضاهای خالی اکسیژن جبران می‌شود که ممکن است با غلظت‌های ۱ در ۱۰۴، که غلظتی بسیار بیشتر از غلظت مورد انتظار شاتکی در مواد اصلی است، ظاهر شود.
یکی از پیامدهای میزان ناخالصی بالا، استفاده از غلظت‌های بالای افزودنی برای کنترل رفتار اکسیدهاست. مقدار افزودنی به ندرت کمتر از ۱ در ۱۰۳ مول است و ممکن است تا ۱ در ۱۰ مول نیز باشد. به‌طوری که ممکن است نقایص بیش از نیمه‌رساناهای کووالانت مانند سیلیسیم و  {\ce {GaAs}} و غیره برهم کنش کنند.
تأثیر یون‌های جانشین مقوله‌ای پیچیده است، اما با احتیاط می‌توان برخی از نتایج را به یون‌های جانشین غیر هم‌ظرفیت در پروسکایت (ساختار  {\ce {CaTiO3}}و ساختارهای بلوری مشابه آن) تعمیم داد.
عناصر دهندهٔ الکترون توسط جاهای خالی کاتیونی و عناصر گیرنده توسط جاهای خالی اکسیژن خنثی می‌شوند. هر یک از این افزودنی‌ها تمایل دارد تا جاهای خالی ناشی از دیگری را کاهش دهد.
اختلاف عمده میان جاهای خالی اکسیژنی و جاهای خالی کاتیونی در ساختارهای نوع پروسکایت، تحرک بالاتر در اولویت است. کاتیون‌ها و جاهای خالی کاتیونی تمایل دارند که توسط یون‌های اکسیژن جدا شوند. از این رو سد انرژی بزرگتری باید پشت سر گذاشته شود تا یون و جای خالی بتوانند جایگزین یکدیگر شوند. با این وجود، یون‌های اکسیژن یک ساختار شبکه‌ای به هم پیوسته تشکیل می‌دهند به نحوی که جاهای خالی اکسیژن دارای یون‌های اکسیژن همسایه هستند که به راحتی می‌توانند با آن‌ها جایگزین شوند.
با افزودن عناصر دهنده الکترون در  {\ce {PZT}} انتظار می‌رود که غلظت جاهای خالی اکسیژن کاهش یابد که منجر به کاهش غلظت عیوب جفتی پایدارکننده حوزه‌ها و در نهایت کاهش سرعت پیرسازی می‌شود. افزایش حاصل در تحرک دیواره‌ها منجر به افزایش گذردهی، اتلاف دی الکتریک، وارفتگی کشسان، و ضرایب جفت شدگی و کاهش کیفیت مکانیکی و وادارندگی می‌شود.
ورود جاهای خالی اکسیژنی در اثر افزودن عناصر گیرندهٔ الکترون باعث کاهش محسوس اندازه سلول واحد می‌شود که پدیده ذکر شده در بالا را تقویت می‌کند.
سرامیک‌های الکترونیکی > سرامیک‌های پیزو الکتریک > ویژگی‌های عمومی  {\ce {PZT}} {\ce {(Pb(Ti,Zr)O3)}} و نحوه ساخت آن > ساخت  {\ce {PZT}}

برای ساخت سرامیک‌های پیزوالکتریک از فناوری پودر معمولی استفاده می‌شود. بالاترین مقدار ضرایب زمانی حاصل می‌شود که ترکیب نزدیک به حالت استوکیومتری، مقدار گدازآورها و ناخالصی‌ها حداقل و چگالی در بالاترین حد ممکن باشد. برای کاهش آلودگی در زمان آسیاب از گلوله‌های زیرکنیایی استفاده می‌شود. در حال حاضر  {\ce {PbO}} جزء اصلی بیشتر ترکیبات مورد استفاده است. با وجوذ تبخیر  {\ce {PbO}}در دماهای بالای ℃۸۰۰، این ماده باید در طول سینتر (تف‌جوشی) در دمای ℃۱۳۰۰ حفظ شود. کینگان و کلارک به بررسی برخی جزئیات در زمینه کنترل اتمسفر در هنگام حرارت دادن  {\ce {PZT}} و اثر میزان  {\ce {PbO}} بر روی سینتیک تراکم پرداختند. کلسیناسیون معمولاً در بوته‌های درپوش‌دار آلومینایی انجام می‌شود. در سینتر نهایی، نمونه توسط یک پودر غنی از سرب مانند  {\ce {PbZrO3}} احاطه می‌شود و در ساگارهای (en:Saggar Saggar) بسته قرار می‌گیرد. به علت محدودیت دسترسی به اتمسفر حاصل و سادگی احیای  {\ce {PbO}} به سرب فلزی، تمام ترکیبات آلی باید قبل از سینتر، توسط حرارت دادن مقدماتی در دمای حدود ℃۶۰۰ در هوا خارج شوند. حرارت دادن ناگهانی معمولاً در کوره‌های الکتریکی ناپیوسته که کاملاً با نمونه‌ها پر شده‌اند، انجام می‌شود. با وجود احتیاط باز هم حدود ۲ تا ۳ درصد کاهش در مقدار اولیه  {\ce {PbO}} حاصل می‌شود که برای جبران این کمبود از ماده اولیه بیشتری استفاده می‌شود.
سرامیک‌های الکترونیکی > سرامیک‌های پیزو الکتریک > پیزوسرامیک‌های مهم تجاری

ترکیبات، کامپوزیت‌ها و دستگاه‌های مختلفی برای چهار کاربرد اصلی پیزوسرامیک‌ها گسترش یافته است. این چهار کاربرد اصلی عبارتند از:
برای تولید ولتاژ
تحریک الکترومکانیکی
کنترل فرکانس
تولید و آشکارسازی انرژی آکوستیک و فراصوت
لازمه‌های مورد نیاز برای بهبود عملکرد در کاربردهای مختلف در بخش‌های بعدی مورد بحث قرار می‌گیرد.
سرامیک‌های الکترونیکی > سرامیک‌های پیزو الکتریک > پیزوسرامیک‌های مهم تجاری > تیتانات باریم

{\ce {BaTiO3}} اولین ماده‌ای بود که به‌عنوان پیزوسرامیک شناخته شد و به‌طور گسترده در چهارمین کاربرد ذکر شده در بالا به کار گرفته شد. در بسیاری از کاربردهای تجاری  {\ce {PZT}} جایگزین این ماه شده است، اگر چه عاری بودن ترکیب آن از سرب هنوز از نظر ایمنی و سلامت جدابیت دارد. تبدیلات ساختاری که در  {\ce {BaTiO3}} رخ می‌دهد با تغییر در اغلب خواص الکتریکی و مکانیکی همراه است. تبدیل ساختارهای مکعبی به تتراگونال و اورتورومبیک به رومبوهدرال دور از دماهای کاری، اما تبدیل تتراگونال به اورتورومبیک تقریباً نزدیک به دمای کاری رخ می‌دهد. جانشین کردن  {\ce {Ba}}با  {\ce {Pb}}و  {\ce {Ca}}این دمای تبدیل فازی را کاهش می‌هد و برای کنترل خواص پیزوالکتریک در نزدیک صفر درجه سانتی گراد استفاده می‌شود که برای شناسایی صدا در زیر آب و پژواک صدا مهم است.
سرامیک‌های الکترونیکی > سرامیک‌های پیزو الکتریک > پیزوسرامیک‌های مهم تجاری > زیرکنات سرب- تیتانات سرب ( {\ce {PZT}})

{\ce {PbTiO3}}با دمای کوری ℃۴۹۵ دارای ساختار تتراگونال شبیه است {\ce {BaTiO3}}که در دمای اتاق محور c آن حدود ۶٪ بلندتر از محور a است.
تنش‌های داخلی بزرگ ایجاد شده در هنگام سرد کردن نمونه سینتر شده به دمای کوری باعث تخریب آن می‌شود.  {\ce {PbZrO3}}با دمای کوری ℃۲۳۴ دارای ساختار اورتورومبیک مشابه ساختار اورتورومبیک  {\ce {BaTiO3}} است، اما آنتی‌فروالکتریک است، یعنی دوقطبی‌ها به دلیل جابه‌جایی یون‌های {\ce {Zn^4+}} از مرکز هندسی شش یون  {\ce {O^2-}} اطراف، به‌طور متناوب در جهات مختلف جهت‌گیری می‌کنند، بنابراین قطبشِ خودبه‌خود صفر است.
سرامیک‌های الکترونیکی > سرامیک‌های پیزو الکتریک > پیزوسرامیک‌های مهم تجاری > سرامیک‌های الکترواستریکتیو و پیزوالکتریک‌های رهاساز بر پایه سرب

فاکتورهای متعددی وجود دارند که مشخص‌کننده مناسب بودن یک پیزوسرامیک به‌عنوان یک مبدل انرژی هستند. به‌عنوان یک قانون عمومی، هر چه دمای کوری (Tc) بالاتر باشد، مقادیر گذردهی در دمای اتاق و ضریب بار (یا کرنش) کم‌تر خواهد بود. اما دمای انتقال پایین، که باعث ایجاد ضرایب پیزوالکتریک بزرگ می‌شود، خطر قطبش‌زدایی در طول فرایند ساخت مانند ماشین‌کاری، الکترودگذاری و لحیم‌کاری را به همراه دارد.
فروالکتریک‌های رهاساز دارای ساختار پروسکایت و سرب، * Pb(B'B")O3 مقادیر گذردهی بالا و استثنایی دارند و بنابراین انتظار می‌رود از نظر الکترومکانیکی کاملاً جالب و به‌عنوان مبدل انرژی مناسب باشند. جستجو برای پیزوسرامیک‌هایی که ویژگی‌های الکترومکانیکی بهینه دارند تا نرکیبات مرز فاز مورفوتروپیک  {\ce {PbTiO3}}با رهاسازهای مختلف پیش رفته است.
تک‌بلورها
تلاش‌های انجام شده در زمینهٔ تولید و رشد بلور  {\ce {PZT}} با اندازه مناسب برای بهبود قابل توجه خواص الکترومکانیکی آن در مقایسه با نمونه‌های چندبلور با موفقیت همراه نبوده است، اما در مورد سیستم‌های ”رهاساز- PT “ می‌توان تک‌بلورهای بزرگ را با استفاده از فلاکس رشد داد. این تک‌بلورها خواص الکترومکانیکی خوبی دارند که البته به نحوهٔ برش قطعه در امتداد محورهای بلورشناسی تک‌بلور بستگی دارد.
سرامیک‌های الکترونیکی > سرامیک‌های پیزو الکتریک > پیزوسرامیک‌های مهم تجاری > نیوبات سرب

پلی‌مورف فروالکتریک یک نیوبات سرب ( {\ce {PbNb2O6}}) در دمای اتاق نیمه‌پایدار است. در دمای بالای ℃۱۲۰۰ ساختار آن تتراگونال تنگستن برنز است. با سرد کردن آهسته به زیر ℃۱۲۰۰ به شکل رومبوهدرال نارنجی- قهوه‌ای تبدیل می‌شود که در دمای اتاق پاراالکتریک است. سرمایش سریع از دمای ℃۱۲۰۰ به ℃۷۰۰، به همراه افزودنی‌هایی مانند ۲٪ وزنی  {\ce {ZrTiO4}}، این امکان را فراهم می‌کند که فاز تتراگونال در دماهای پایین‌تر نیز وجود داشته باشد. رنگ آن سبز مایل به آبی و دمای کوری آن ℃۳۶۰ است. در زیر این دما اعوجاج کوچک اورتورومبیک در محور c رخ می‌دهد که باعث افزایش فروالکتریک شدن آن می‌شود. ساختار تنگستن برنز با ترکیبات فلزات قلیایی اکسید تنگستن مانند* K5.7W10O30
{\ce {K5.7W10O30}}
شناسایی می‌شود.
سرامیک‌های الکترونیکی > سرامیک‌های پیزو الکتریک > پیزوسرامیک‌های مهم تجاری > نیوبات لیتیم و تنتالات لیتیم

نیوبات لیتیم و تنتالات لیتیم خواص مشابه دارند و ساختار بلوری آن‌ها مانند ایلمنیت است. این مواد شامل گروه‌های  {\ce {MO6}}با اتصال گوشه‌ای هستند ( {\ce {Ta}}or  {\ce {Nb}} \equiv  {\ce {M}})که از یک وجه با یک گروه  {\ce {LiO6}}اشتراک دارند و از سمت مقابل با یک هشت‌وجهی خالی  {\ce {O6}}مشترک هستند. در فازهای فروالکتریک یون‌های  {\ce {M^5+}} و  {\ce {Li+}} از مراکز هشت‌وجهی‌های در جهت‌های مختلف جابه‌جا می‌شوند. هنگامی که قطبش معکوس می‌شود، هر دو کاتیون در یک جهت مشابه حرکت می‌کنند، یون  {\ce {M^5+}} به سمت صفحه میانی بین یون‌های  {\ce {O^2-}} و یون  {\ce {Li^+}} نیز از میان طرف دیگر صفحه  {\ce {O^2-}} حرکت می‌کنند. تنها دو جهت قطبش امکان‌پذیر است که آن‌ها با یکدیگر زاویه °۱۸۰ اختلاف زاویه دارند. در نتیجه فعالیت پیزوالکتریکی محدودی با قطبی کردن آن ایجاد می‌شود.
سرامیک‌های الکترونیکی > سرامیک‌های پیزو الکتریک > پیزوسرامیک‌های مهم تجاری > کامپوزیت‌های پیزوسرامیک- پلیمر

مقایسه خواص اصلی پیزوالکتریک پلیمری پلی‌وینیلیدن فلوئورید ( {\ce {PVDF}}) و  {\ce {PZT}} آموزنده است. انعطاف‌پذیری و چگالی پایین پلیمر در برابر صلبیت، تردی و چگالی بالای  {\ce {PZT}} قرار می‌گیرد. از طرف دیگر در  {\ce {PVDF}}ضریب d پیزوالکتریک نسبتاً کوچک است. با این وجود چون گذردهی نسبی در  {\ce {PVDF}}در مقایسه  {\ce {PZT}} پایین (۱۰~) است، ضرایب ولتاژ از نظر مقدار نسبتاً مشابه هستند.
کامپوزیت‌های پیزوسرامیک- پلیمر اخیراً به دسته‌ای مواد کامپوزیت افزوده شده‌اند و چون خواص آن‌ها به ویژه در فناوری سونار و تصویربرداری اولتراسونیک پزشکی باعث مزیت‌هایی نسبت به پیزوسرامیک‌ها به تنهایی شده است، گسترش یافته‌اند. در این کاربردها مبدل انرژی اغلب در تماس با آب یا بافت‌های نرم ملنند پوست بدن است.. مزیت این کامپوزیت‌ها شامل تطابق آکوستیکی مناسب بین مبدل و محیط، ضریب جفت‌شدگی الکترومکانیکی بهبود یافته و پهنای نوار بیش‌تر می‌شود. مورد اخیر مهندسی پالس‌های اولتراسونیک کاملاً مشخص و در نتیجه قدرت تفکیک آنی و گیرایی مناسب را میسر می‌کند.