Bein, tre og kvarts er alle piezoelektriske materialer. Men hva er piezoelectricity og hvordan fungerer det? Her skal vi forklare hvor denne bemerkelsesverdige eiendom kommer fra.
Kopling mellom elektriske og mekaniske egenskaper
Piezoelectricity er et fenomen som betyr at det er en kopling mellom elektrisk og mekanisk tilstand av materialet. Når et stykke av piezoelektrisk materiale er mekanisk deformert, f.eks. komprimert, en strøm flyter og lade sine ansikter., og vice versa, vil det bli deformert når det skjer til et elektrisk felt.
fenomenet ble oppdaget i 1880 av Paul-Jacques Curie, og hans yngre bror, Pierre, ektemannen til den kjente Marie Curie. I tillegg til de materialer som allerede nevnt, det er mange flere materialer som viser piezoelektriske egenskaper som sukrose, silke, Rochelle salt, PVDF, og mange keramikk. Men hvorfor ikke alle materialer utstilling denne eiendommen? Grunnen til det er at en for piezoelectricity for å vises, må materiellet være krystallinsk men ikke har en symmetri center. Hvorfor, skal vi snart se.,
Den piezoelektriske effekten kommer i omorganisering av netto avgifter
manifestasjon av trykk-induserte strømmen har sin opprinnelse i den omorganisering av kostnader i materialet. I likevekt tilstand, når materialet er losset, arrangement av kostnader i materialet gitter er slik at enheten celle er ladet, Fig 1 A. Imidlertid, når materialet er mekanisk deformert, vil det være en kostnad omfordeling innenfor enheten celle., Dette omfordeling vil indusere netto kostnader på ansikter av enheten celle og gi opphav til en netto dipolmoment, Fig 1B og 1C.
Figur 1. En skjematisk illustrasjon av hvordan piezoelectricity fungerer. A) i likevekt, kostnader av enheten celle er fordelt på en slik måte at det er ingen netto dipolmoment. B) Når det er komprimert, en netto dipolmoment oppstår i vertikal retning. C) når strukket, en netto dipolmoment oppstår i horisontal retning.,
summen av netto kostnad bidrag fra alle enhet celler vil være en elektrisk polarisasjon av den del av materialet. Dette betyr at den anvendes mekanisk kraft har indusert en spenning over materialet. For polariseringen til å skje, men det må ikke være en symmetri center, Fig 2. Som allerede nevnt, dette kravet er bare oppfylt av noen materialer.
Figur 2. En skjematisk illustrasjon av kostnader distribusjon i enheten celle av et materiale med en symmetri center., Både i likevekt tilstand (A), og når mekanisk deformert (B, C), kostnad-fordelingen er slik at en net dipolmoment aldri oppstår.
Det motsatte fenomenet, det vil si der det er vesentlige endringer form som en spenning over sine ansikter, kalles det motsatte piezoelektrisk effekt, og dette ble ikke oppdaget før et år senere, i 1881.
Piezoelectricity er mye brukt, og nye programmer som venter rundt hjørnet
Siden den piezoelektriske effekten ble oppdaget for mer enn et århundre siden, det har spredd seg til ulike programmer, og er nå mye brukt., Områdene omfatter frekvens kontroll, i for eksempel klokker, høyttalere for å generere lyd, og microbalances, for eksempel QCM og QCM-D, til å overvåke masse endringer. Men det stopper ikke der. Nå piezoelectricity er en kandidat bidragsyter til fremtidig bærekraftig energiforsyning. Lys, vind-og termisk har lenge vært åpenbart kilder, og takket være den piezoelektriske effekten, vibrasjon har nå blitt lagt til listen. En måte å bruke vibrerende kilder for kraftproduksjon er, for eksempel, for å høste menneskelige kinetisk energi via street eller fortau fliser. det vil si å konvertere energien i fotsporene til elektrisitet., Energien som genereres på denne måten kunne brukes til å kjøre for eksempel gatelys eller andre lav-spenning utstyr i byer.
Avsluttende bemerkninger
Piezoelectricity er en eiendom av visse materialer som induserer en strøm når det mekaniske stresset. Det brukes i, for eksempel, frekvens kontroll og nåværende generasjon av programmer.
Last ned teksten som pdf-fil nedenfor.
