Jaki jest efekt piezoelektryczny?
Efekt piezoelektryczny jest unikalną właściwością niektórych kryształów, w których wygenerują pole elektryczne lub prąd, jeśli zostaną poddane naprężeniu fizycznym.Ten sam efekt można również zaobserwować na odwrót, gdzie narzucone pole elektryczne na krysztale spowoduje naprężenie jego struktury.Efekt piezoelektryczny jest niezbędny dla przetworników, które są składnikami elektrycznymi stosowanymi w szerokiej gamie zastosowań czujników i obwodów.Pomimo wszechstronności zjawiska zastosowań w urządzeniach elektro-mechanicznych, został odkryty w 1880 r., Ale nie znalazł powszechnego zastosowania dopiero około pół wieku później.Rodzaje struktur krystalicznych, które wykazują efekt piezoelektryczny, obejmują kwarc, topaz i sól rochelle, która jest rodzajem soli potasowej o chemicznym wzorze KNAC 4 H 4 o 6 4H 2 O.
Pierre Curie, który słynie z wygrania nagrody Nobla w 1903 roku w dziedzinie fizyki na promieniowanie z żoną Marie, przypisuje się odkrycie efektu piezoelektrycznego ze swoim bratem Jacquesem Curie w 1880 roku. Bracia nie odkryli odwrotnego efektu piezoelektrycznegoJednak tam, gdzie elektryczność deformuje kryształy.Gabriel Lippmann, fizyk Franco-Luxemburgish, przypisuje się odwrotne odkrycie efektu w następnym roku, co doprowadziło do jego wynalezienia elektrometru Lippmann w 1883 r., Urządzenia u podstaw pracy pierwszej eksperymentalnej maszyny elektrokardiografii (ECG).
Efekty piezoelektryczne mają unikalną właściwość często rozwijania tysięcy woltów różnicy potencjału energii elektrycznej przy bardzo niskich poziomach prądu.To sprawia, że nawet małe kryształy piezoelektryczne przydatne obiekty do generowania iskry w urządzeniach zapłonowych, takich jak piekarniki gazowe.Inne częste zastosowania kryształów piezoelektrycznych obejmują kontrolę precyzyjnych ruchów w mikroskopach, drukarkach i zegarach elektronicznych.
Proces, w którym ma miejsce efekt piezoelektryczny, opiera się na podstawowej strukturze kryształowej sieci.Kryształy zwykle mają równowagę ładowania, w którym ładunki ujemne i dodatnie dokładnie anulują się wzdłuż sztywnych płaszczyzn sieci kryształowej.Gdy bilans ten zostanie zakłócany poprzez zastosowanie naprężenia fizycznego do kryształu, energia jest przenoszona przez nośniki ładunku elektrycznego, tworząc prąd w krysztale.W przypadku odwrotnego efektu piezoelektrycznego zastosowanie zewnętrznego pola elektrycznego do kryształu spowoduje zrównoważenie neutralnego stanu ładowania, co powoduje naprężenie mechaniczne i niewielkie dostosowanie struktury sieci.
W 2011 r. Efekt piezoelektryczny został szeroko zmonopolizowany i zastosowany wWszystko, od zegarów kwarcowych po zapalniki podgrzewacza wody, przenośne grille, a nawet niektóre podręczne zapalniczki.W drukarkach komputerowych niewielkie kryształy są używane w dyszach atramentów do blokowania przepływu atramentu.Gdy nakładany jest do nich prąd, odkształca się, pozwalając atramentowi płynąć na papier w starannie kontrolowanych objętościach w celu wytworzenia tekstu i obrazów.
Efekt piezoelektryczny można również użyć do generowania dźwięku dla miniaturowych głośników w zegarkach i w przetwornikach dźwiękowychmierzyć odległości między obiektami, takimi jak dla szumów w handlu budownictwem.Otwarcie ultradźwiękowe oparte są również na kryształach piezoelektrycznych, a także na wielu mikrofonach.Od 2011 r. Używają kryształów wykonanych z tytanianu baru, tytanianu ołowiu lub cyrkonianu ołowiowego, które wytwarzają niższe napięcia niż sól Rochelle, która była standardowym kryształem we wczesnych formach tych technologii.
Jedną z najbardziej zaawansowanych form technologii, która wykorzystuje efekt piezoelektryczny od 2011 r., Jest skaningowy mikroskop tunelowy (STM), który jest wykorzystywany do wizualnego zbadania struktury atomów i małych cząsteczek.STM jest podstawowym narzędziem w dziedzinie nanotechnologii.Kryształy piezoelektryczne stosowane w STM są zdolne do generowania mierzalnego ruchu w skali tylko FeW nanometry lub miliardów metra.