Пиезоелектричност | dLambow

(Piezoelectricity) -

Какво е пиезоелектричност и как се използва?

Какво е пиезоелектричност?

Пиезоелектричност е свойството на някои материали (кристали) да преобразуват механичната енергия в електрически ток. „Пиезо“ е гръцка дума, която означава „да се стиска“. Ефектът е открит за първи път от Пиер Кюри и Жак Кюри през 1880 г.

Накратко, пиезоелектричеството е процес на използване на кристали за преобразуване на механична енергия в електрическа или обратно. Правилните кристали се определят от тяхната организирана и повтаряща се структура от атоми, които се държат заедно чрез връзки, наречени единична клетка.

Пиезоелектричност (Piezoelectricity)

Принципът на пиезоелектричността

Принципът на пиезоелектричността е, че когато се приложи механично напрежение върху кристал, той се деформира и създава разлика в електрическия потенциал между неговите страни. Обратно, когато се приложи електрическо поле върху кристала, той се огъва или разтяга от възникналото механично напрежение. Това се нарича директен и обратен пиезоелектричен ефект.

Описание на процеса

Описанието на процеса зависи от типа на пиезоелектричния материал и начина на прилагане на напрежението. Някои пиезоелектрични материали са природни кристали, като кварц, турмалин и шугърит. Други са:

• - синтетични керамики,
• - полимери или
• - полупроводници,

като:

• - PZT,
• - PVDF и
• - GaAs.

Пример за пиезоелектричност:

• - Ако се приложи натиск върху кварцов кристал, той ще се деформира по такъв начин, че ще размести заредените частици в неговата структура. Това довежда до образуването на положителен заряд на едната страна на кристала и отрицателен заряд на другата. Тази разлика в потенциала може да се измери и да се използва за захранване на електронни устройства.

• - Ако обратно, се приложи електрическо поле върху кварцовия кристал, той ще се огъне по такъв начин, че да намали разликата в потенциала между страните си. Това огъване може да се използва за контрол на механични движения или за генериране на звукови вълни.

Какви са приложенията на пиезоелектричеството?

Пиезоелектричеството има много приложения в различни области на техниката, медицината, науката и изкуството. Ето някои примери с кратки описания на процесите:

Пиезоелектрични сензори

Те използват пиезоелектрични материали, които реагират на промени в налягането, силата, температурата или влажността, като произвеждат електрически сигнал. Този сигнал може да се измери или да се използва за контрол на други устройства. Пиезоелектричните сензори се използват за измерване на тежест, ускорение, вибрации, звук и други физически величини.

Пиезоелектрични придвижвачи

Те използват пиезоелектрични материали, които се деформират при прилагане на електрическо поле, като причиняват механично движение. Това движение може да бъде много прецизно и бързо, което ги прави подходящи за позициониране, фокусиране, сканиране и други приложения. Пиезоелектричните придвижвачи се използват в микроскопия, оптика, роботика и нанотехнологии.

Звуков ефект

Това е процесът, при който пиезоелектрични материали генерират звукова вълна при прилагане на електрическо поле или обратно, превръщат звукова вълна в електрически сигнал. Това позволява използването на пиезоелектрични материали като микрофони, слушалки, говорители и ултразвукови уреди.

Парниковият ефект

Това е процесът, при който пиезоелектрични материали генерират електричество при механично напрежение или обратно, причиняват механично напрежение при електричество. Това позволява използването на пиезоелектрични материали като генератори, превключватели, запалки и запалки. Парниковият ефект се използва за хармонизация на честотата, запалване на газове и светлини и харвестинг на енергия.

Какво е пиезокерамика?

Пиезокерамика е вид пиезоелектричен материал, който е изработен от синтетични керамични съединения, като титанати, цирконати или ниобати на различни метали.

Принцип на действие на пиезокерамиката

Принципът на действие на пиезокерамиката е същият като на другите пиезоелектрични материали - те се деформират при прилагане на електрическо поле или произвеждат електрическо поле при прилагане на механично напрежение. Това се нарича директен и обратен пиезоелектричен ефект.

Видове пиезокерамика

Видовете пиезокерамика се различават според:

• - химичния състав,
• - кристалната структура,
• - електрическите и механичните свойства и
• - формата на изделията. 

Някои от най-използваните видове пиезокерамика са:

• - PZT (оловен цирконат-оловен титанат),
• - PMN (оловен магнезий-ниобат),
• - PLZT (оловен лантан-оловен цирконат-оловен титанат) и
• - PNN (оловен никел-ниобат).

Приложенията на пиезокерамиката са много и разнообразни, като използват както директния, така и обратния пиезоелектричен ефект.

-------
Ако темата ви харесва, споделете я с приятели. Ако са възникнали въпроси, задайте ги в коментарите по-долу. След седмица проверете за отговора.
----------------