kosti, dřevo a křemen jsou piezoelektrické materiály. Ale co je piezoelektricita a jak to funguje? Zde vysvětlíme, odkud pochází tato pozoruhodná vlastnost.
Spojka mezi elektrické a mechanické vlastnosti
Piezoelectricity je jev, který znamená, že existuje spojení mezi elektrickým a mechanickým stavem materiálu. Když je kus piezoelektrického materiálu mechanicky deformován, např. stlačen, proud bude proudit a nabíjet jeho plochy., a naopak, bude deformován, když bude vyvíjen na elektrické pole.
tento jev objevil v roce 1880 Paul-Jacques Curie a jeho mladší bratr Pierre, manžel známé Marie Curie. Kromě materiálů již bylo zmíněno, existuje mnoho dalších materiálů, které vykazují piezoelektrické vlastnosti, jako je sacharóza, hedvábí, Seignettovy soli, PVDF, a mnoho keramiky. Ale proč všechny materiály nevykazují tuto vlastnost? Důvodem je to, že se objeví piezoelektricita, materiál musí být krystalický, ale nesmí mít střed symetrie. Proč, brzy uvidíme.,
piezoelektrický efekt vzniká v přeskupení čisté poplatky
projevem tlaku-indukovaný proud má svůj původ v uspořádání nábojů v materiálu. V rovnovážném stavu, kdy materiál je uvolněn, uspořádání poplatků v hmotném mříž je taková, že mobilní zařízení je bez náboje, Obr 1. A. Nicméně, když materiál je mechanicky deformované, tam bude poplatek přerozdělování uvnitř jednotkové buňky., Toto přerozdělení vyvolá čisté náboje na tvářích jednotky buňky a vyvolá čistý dipólový moment, Obr 1b a 1C.
Obrázek 1. Schematické znázornění toho, jak piezoelektricita funguje. A) v rovnováze jsou náboje jednotky buňky distribuovány takovým způsobem, že neexistuje žádný čistý dipólový moment. B) při stlačení vzniká ve svislém směru čistý dipólový moment. C) při natažení vzniká ve vodorovném směru čistý dipólový moment.,
součet příspěvku čistého náboje ze všech jednotkových buněk bude elektrickou polarizací kusu materiálu. To znamená, že aplikovaná mechanická síla vyvolala napětí nad materiálem. Aby k polarizaci došlo, nesmí však existovat střed symetrie, obr. 2. Jak již bylo zmíněno, tento požadavek je splněn pouze některými materiály.
Obrázek 2. Schematické znázornění rozložení náboje v jednotkové buňce materiálu se středem symetrie., Jak v rovnovážném stavu (a), tak při mechanickém deformaci (B, C) je rozdělení náboje takové, že nikdy nevznikne čistý dipólový moment.
opačný jev, tj. tam, kde se materiál mění tvar jako napětí je přivedeno přes jeho tváře, se nazývá opačný piezoelektrický efekt, a tohle byla objevena až o rok později, v roce 1881.
Piezoelectricity je široce používán, a nové aplikace čekají za rohem
Od piezoelektrický efekt byl objeven před více než sto lety, to se rozšířilo do různých aplikací, a je nyní široce používán., Oblasti zahrnují řízení frekvence, například hodiny, reproduktory pro generování zvuku a mikrobalance, jako jsou QCM a QCM-D, pro sledování změn hmotnosti. Ale tam to nekončí. Piezoelektricita je nyní kandidátem přispívajícím k budoucím udržitelným dodávkám energie. Světlo, vítr a teplo jsou již dlouho zřejmými zdroji a díky piezoelektrickému efektu byly do seznamu přidány vibrace. Jedním ze způsobů, jak využít vibrační zdroje pro výrobu energie, je například sklizeň lidské kinetické energie pomocí pouličních nebo dlažebních dlaždic. tj. převést energii kroků na elektřinu., Takto generovaná energie by mohla být použita pro provoz například pouličních světel nebo jiných nízkonapěťových zařízení ve městech.
Závěrečné poznámky
Piezoelectricity je vlastnost některých materiálů, které indukuje elektrický proud při mechanické zdůraznil. Používá se například v aplikacích frekvenčního řízení a současné generace.
stáhněte si text ve formátu pdf níže.
