پیزوالکتریک چیست
پیزوالکتریک:
در پیزوالکتریک (Piezoelectricity) ها تغییرات فشار باعث تولید ولتاژ و تغییر آن می شود. به عبارت دیگر ضربات وارد شده ناشی از فشار باعث تولید ولتاژ می شوند نمک راشل(Rochelle salt)با نام علمی پتاسیم سدیم تارترات(Potassium sodium tartrate )که در میکروفن های قدیمی استفاده می شد خاصیت پیزوالکتریک دارد. کوارتسQuartz و یا كوارتز كريستالی، در انواع كريستال طبيعی يا كيفيت بالا و حتی تغيير يافته آن، از جمله مهمترين مواد پيزوالكتريک مورد دسترس، حساس و پايدار هستند.
سنسور پیزوالکتریک بخاطر دقت بالا کاربرد فراوانی دارد. ویژگی عمده این سنسورها سختی، سایز کوچک، سرعت بالا و عدم نیاز به منبع تغذیه است با بهره گیری از سنسورهای پیزوالکتریک می توان سرعت و تغییرات شتاب را نیز اندازه گرفت. حسگرهای پيزوالكتريک بر پايه اصل پيزوالكتريسيته بنا شده اند. به اين معنی كه اگر ماده ای به عنوان مثال يک سراميک، پيزوالكتريک بود، وقتی تحت فشار قرار می گيرد در سطح آن بار الكتريكی توليد می شود و يا وقتی در ميدان الكتريكی قرار گرفت تغيير شكل مكانيكی پیدا می کند. ميزان بارالكتريكی يا تغيير شكل مكانيكی به تركيب ماده وابسته است.
در ساختمان اين سراميكهای پیزوالکتریک موادی نظير: اكسيد سرب(PbO) ، تيتانيا(TiO2)، زيركونيا (2ZrO) و … وجود دارد كه با توجه به نوع كاربرد اين ماده با نسبت های مختلف با هم مخلوط می شوند. با تغيير تركيب و ابعاد قطعات پيزو الکتریک سراميکی را جهت كاربردهای مختلف طراحی می کنند، از جمله این کاربردها می توان شتاب سنج ، مبدل های كوچک، حس گرهای خودرو، سنسورهای جريان سيالات (flow) و در بخش های پزشكی در مانيتورینگ قلب جنين، تفنگ ليزری،پمپ هایIV ، پمپ های قلب و… نام برد.
تاریخچه
اثر پیزوالکتریک (تولید پتانسیل الکتریکی در پاسخ به دما) در اواسط قرن هجدهم توسط کارل لینائوس(لینه)[ به فرانسوی Carl von Linné و به سوئدی Carl Nilsson Linnæus ]و فرنزآپینوس (Franz Ulrich Theodor Aepinus) به عنوان یک تئوری مطرح شده بود با الهام از این تئوری رنه جاست هاووی René Just Haüy و آنتونی سزار بکورل Antoine César Becquerel دعا کردند بین فشار مکانیکی و بار الکتریکی رابطه ای وجود دارد و بر این اساس مطالعه و بررسی خود را آغاز کردند. این دو با وجود تلاش فراوان موفق به اثبات عملی این خاصیت در مواد نشدند.
اولین اثبات تجربی اثر پیزوالکتریک در سال ۱۸۸۰ توسط برادران پیر کوری Pierre Curie و جکوئیز کوری Curie اJacques نجام شد. آن‌ها با آزمایشات خود و درک ساختار کریستالی رفتار کریستال های پیزو الکتریک را پیش بینی کردند.
عکس فوق متعلق به برادران کوری و ماری کوری کاشف معروف و همسر پیر است.
بعدها در ادامه برادران کوری در سال ۱۸۹۲ موفق به کشف و اثبات کامل این خاصیت در مواد شدند و از واژه يونانی Piezin از مشتقات فشار برای نام گذاری این کشف استفاده کردند. اعمال فشار به برخی كريستال ها مانند كوارتز يا برخی سراميک ها، الكتريسيته توليد می كند. فشار يا تنش مكانيكی وارد شده به برخی كريستال ها باعث جابه جايی دو قطبی های ايجاد شده و پديد آمدن ميدان الكتريكی می شود. آرايش يون های مثبت و منفی، تعيين كننده ايجاد يا عدم ايجاد اثر پيزوالكتريسيته است.
