Wat is het piëzo -elektrische effect?
Het piëzo -elektrische effect is een unieke eigenschap van bepaalde kristallen waar ze een elektrisch veld of stroom zullen genereren als ze worden onderworpen aan fysieke stress.Hetzelfde effect kan ook worden waargenomen in omgekeerde, waarbij een opgelegd elektrisch veld op het kristal stress op zijn structuur zal zetten.Het piëzo -elektrische effect is essentieel voor transducers, die elektrische componenten zijn die worden gebruikt in een breed scala aan sensor- en circuittoepassingen.Ondanks de veelzijdigheid van het fenomeen voor toepassingen in elektromechanische apparaten, werd het ontdekt in 1880, maar vond het tot ongeveer de helft van een eeuw later pas wijdverbreid gebruik.Soorten kristallijne structuren die het piëzo -elektrische effect vertonen, zijn onder meer kwarts, topaz en Rochelle -zout, een soort kaliumzout met de chemische formule van KNAC 4 H 4 o 6 4H 2 2
O. Pierre Curie, die bekend staat om het winnen van de Nobelprijs voor natuurkunde van 1903 voor onderzoek naar straling met zijn vrouw Marie, wordt gecrediteerd met het ontdekken van het piëzo -elektrische effect met zijn broer Jacques Curie in 1880. De broers ontdekten het omgekeerde piezo -elektrische effect niet, waar elektriciteit echter kristallen vervormt.Gabriel Lippmann, een Franco-Luxembourgish-fysicus, wordt het volgende jaar gecrediteerd met de omgekeerde effectontdekking, wat leidde tot zijn uitvinding van de Lippmann-elektrometer in 1883, een apparaat in het hart van de werking van de eerste experimentele elektrocardiografie (ECG) -machine.
Piëzo -elektrische effecten hebben de unieke eigenschap van het vaak ontwikkelen van duizenden volt elektrische energiepotentiaalverschil met zeer lage stroomniveaus.Dit maakt zelfs kleine piëzo -elektrische kristallen nuttige objecten voor het genereren van vonken in ontstekingsapparatuur zoals gasovens.Andere veel voorkomende toepassingen voor piëzo -elektrische kristallen omvatten nauwkeurige bewegingen in microscopen, printers en elektronische klokken.
Het proces waarbij het piëzo -elektrische effect plaatsvindt, is gebaseerd op de fundamentele structuur van een kristalrooster.Kristallen hebben over het algemeen een ladingsbalans waarbij negatieve en positieve ladingen elkaar precies opzeggen langs de stijve vlakken van het kristalrooster.Wanneer deze ladingsbalans wordt verstoord door fysieke stress op een kristal toe te passen, wordt de energie overgedragen door elektrische ladingsdragers, waardoor een stroom in het kristal ontstaat.Met het omgekeerde piëzo -elektrische effect zal het aanbrengen van een extern elektrisch veld op het kristal de neutrale ladingstoestand ongalanceerd, wat resulteert in mechanische stress en een lichte aanpassing van de roosterstructuur.
Vanaf 2011 is het piëzo -elektrische effect op grote schaal gemonopoliseerd en gebruikt inAlles, van kwartsklokken tot waterverwarmers, draagbare grills en zelfs sommige handheld -aanstekers.In computerprinters worden de minuscule kristallen gebruikt bij de sproeiers van inkjets om de stroom inkt te blokkeren.Wanneer een stroom op hen wordt toegepast, vervormen ze, waardoor inkt op papier in zorgvuldig gecontroleerde volumes kan stromen om tekst en afbeeldingen te produceren.
Het piëzo-elektrische effect kan ook worden gebruikt om geluid te genereren voor miniatuur luidsprekers in horloges en in sonische transducersOm afstanden te meten tussen objecten zoals voor studzoekers in de bouwhandel.Ultrasone transducers zijn ook gebaseerd op piëzo -elektrische kristallen evenals vele microfoons.Vanaf 2011 gebruiken ze kristallen gemaakt van bariumtitanaat, lood -titanaat of loodzirkonaat, die lagere spanningen produceren dan Rochelle -zout, dat het standaardkristal was in vroege vormen van deze technologieën. Een van de meest geavanceerde vormen van technologie om te profiteren van het piëzo -elektrische effect vanaf 2011 is die van de scanning -tunnelingmicroscoop (STM) die wordt gebruikt om de structuur van atomen en kleine moleculen visueel te onderzoeken.De STM is een fundamenteel hulpmiddel op het gebied van nanotechnologie.Piëzo -elektrische kristallen die in STM's worden gebruikt, zijn in staat om meetbare beweging te genereren op de schaal van slechts een FEw nanometers of miljardste van een meter.