Hvad er den piezoelektriske effekt?

Den piezoelektriske effekt er en unik egenskab ved visse krystaller, hvor de vil generere et elektrisk felt eller strøm, hvis den udsættes for fysisk stress.Den samme effekt kan også observeres omvendt, hvor et pålagt elektrisk felt på krystallen vil lægge stress på dens struktur.Den piezoelektriske effekt er vigtig for transducere, som er elektriske komponenter, der bruges i en lang række sensor- og kredsløbsapplikationer.På trods af fænomenets alsidighed til applikationer i elektromekaniske enheder blev det opdaget i 1880, men fandt først udbredt anvendelse før omkring halvdelen af et århundrede senere.Typer af krystallinske strukturer, der udviser den piezoelektriske effekt, inkluderer kvarts, topaz og rochelle salt, som er en type kaliumsalt med den kemiske formel af KNAC ₄ H ₄ O ₆ 4H ₂ O.

Pierre Curie, der er berømt for at vinde Nobelprisen i fysik fra 1903 for forskning i stråling med sin kone Marie, krediteres for at opdage den piezoelektriske effekt med sin bror Jacques Curie i 1880. Brødrene opdagede ikke på det tidspunkt den omvendte piezoelektriske effektHvor elektricitet deformerer krystaller.Gabriel Lippmann, en Franco-Luxembourgish-fysiker, krediteres den omvendte effekt-opdagelse året efter, hvilket førte til hans opfindelse af Lippmann-elektrometeret i 1883, en enhed i hjertet af driften af den første eksperimentel elektrokardiografi (EKG) maskine.

Piezoelektriske effekter har den unikke egenskab ved ofte at udvikle tusinder af volt elektrisk energipotentialeforskel med meget lave strømniveauer.Dette gør endnu små piezoelektriske krystaller til nyttige genstande til generering af gnister i antændelsesudstyr såsom gasovne.Andre almindelige anvendelser til piezoelektriske krystaller inkluderer til at kontrollere præcise bevægelser i mikroskoper, printere og elektroniske ure.

Processen, hvorved den piezoelektriske effekt finder sted, er baseret på den grundlæggende struktur af en krystalgitter.Krystaller har generelt en ladningsbalance, hvor negative og positive ladninger nøjagtigt annullerer hinanden langs de stive planer i krystalgitteret.Når denne ladningsbalance forstyrres ved at påføre fysisk stress på en krystal, overføres energien af elektriske ladningsselskaber, hvilket skaber en strøm i krystallen.Med den omvendte piezoelektriske effekt vil anvende et eksternt elektrisk felt på krystallen ubalance den neutrale ladningstilstand, hvilket resulterer i mekanisk stress og let justering af gitterstrukturen.

Fra 2011 er den piezoelektriske effekt blevet bredt monopoliseret og brugt iAlt fra kvartsur til vandvarmer -antændlere, bærbare griller og endda nogle håndholdte tændere.I computerprintere bruges de miniscule krystaller ved dyserne af inkjetter til at blokere blækstrømmen.Når en strøm påføres dem, deformeres de, hvilket tillader blæk at strømme på papir i omhyggeligt kontrollerede mængder til at producere tekst og billeder.

Den piezoelektriske effekt kan også bruges til at generere lyd til miniaturehøjttalere i ure og i soniske transducereAt måle afstande mellem genstande som for studfindere i byggehandelen.Ultrasoniske transducere er også baseret på piezoelektriske krystaller såvel som mange mikrofoner.Fra 2011 bruger de krystaller lavet af bariumtitanat, bly -titanat eller blyzirconat, der producerer lavere spændinger end Rochelle -salt, som var standardkrystallen i tidlige former for disse teknologier. En af de mest avancerede former for teknologi til at udnytte den piezoelektriske virkning fra 2011 er den af scanningstunnelmikroskopet (STM), der bruges til visuelt at undersøge strukturen af atomer og små molekyler.STM er et grundlæggende værktøj inden for nanoteknologi.Piezoelektriske krystaller, der bruges i STM'er, er i stand til at generere målbar bevægelse på skalaen for kun en FEW nanometre eller milliardteder af en meter.