Vad är den piezoelektriska effekten?

Den piezoelektriska effekten är en unik egenskap hos vissa kristaller där de kommer att generera ett elektriskt fält eller ström om det utsätts för fysisk stress.Samma effekt kan också observeras i omvänd riktning, där ett pålagt elektriskt fält på kristallen kommer att sätta stress på dess struktur.Den piezoelektriska effekten är avgörande för givare, som är elektriska komponenter som används i en mängd olika sensor- och kretsapplikationer.Trots mångsidigheten i fenomenet för applikationer i elektromekaniska anordningar upptäcktes det 1880, men hittade inte utbredd användning förrän ungefär ett halvt sekel senare.Typer av kristallina strukturer som uppvisar den piezoelektriska effekten inkluderar kvarts, topas och Rochelle -salt, som är en typ av kaliumsalt med den kemiska formeln för KNAC ₄ H ₄ O ₆ 4H ₂ O.

Pierre Curie, som är känd för att ha vunnit Nobelpriset 1903 i fysik för forskning om strålning med sin fru Marie, krediteras för att upptäcka den piezoelektriska effekten med sin bror Jacques Curie 1880. Bröderna upptäckte inte den omvända piezoelektriska effektenemellertid, där el deformeras kristaller.Gabriel Lippmann, en Franco-Luxemburgisk fysiker, krediteras med den inversa effektupptäckten året efter, vilket ledde till hans uppfinning av Lippmann-elektrometern 1883, en anordning i hjärtat av driften av den första experimentella elektrokardiografin (EKG) -maskinen.

piezoelektriska effekter har den unika egenskapen att ofta utveckla tusentals volt elektrisk energipotentialskillnad med mycket låga strömnivåer.Detta gör till och med små piezoelektriska kristaller användbara föremål för att generera gnistor i tändutrustning som gasugnar.Andra vanliga användningsområden för piezoelektriska kristaller inkluderar för att kontrollera exakta rörelser i mikroskop, skrivare och elektroniska klockor.

Processen varigenom den piezoelektriska effekten äger rum är baserad på den grundläggande strukturen hos ett kristallgitter.Kristaller har i allmänhet en laddningsbalans där negativa och positiva laddningar exakt avbryter varandra längs de styva planen på kristallgitteret.När denna laddningsbalans störs genom att applicera fysisk stress på en kristall överförs energin av elektriska laddningsbärare, vilket skapar en ström i kristallen.Med den omvända piezoelektriska effekten kommer att tillämpa ett externt elektriskt fält på kristallen att obalansera det neutrala laddningstillståndet, vilket resulterar i mekanisk stress och liten omjustering av gitterstrukturen.

Från och med 2011 har den piezoelektriska effekten allmänt monopoliserats och användes i iAllt från kvartsklockor till vattnarekarens tändare, bärbara grillar och till och med några handhållna tändare.I datorskrivare används de miniscule -kristallerna vid munstyckena i bläckstrålarna för att blockera bläckflödet.När en ström appliceras på dem, deformeras de, vilket gör att bläck kan flyta på papper i noggrant kontrollerade volymer för att producera text och bilder.

Den piezoelektriska effekten kan också användas för att generera ljud för miniatyrhögtalare i klockor och i Sonic-transducerareFör att mäta avstånd mellan föremål som för studtare i bygghandeln.Ultraljudsgivare är också baserade på piezoelektriska kristaller såväl som många mikrofoner.Från och med 2011 använder de kristaller tillverkade av bariumtitanat, bly -titanat eller blyzirkonat, som ger lägre spänningar än Rochelle Salt, som var standardkristallen i tidiga former av dessa tekniker. En av de mest avancerade teknikformerna för att dra nytta av den piezoelektriska effekten från och med 2011 är den för skanningstunnelmikroskopet (STM) som används för att visuellt undersöka strukturen hos atomer och små molekyler.STM är ett grundläggande verktyg inom nanoteknologi.Piezoelektriska kristaller som används i STM: er kan generera mätbar rörelse på skalan på bara en FeW nanometrar eller miljarder av en meter.