Piezoelektrik müəyyən materialların mexaniki stresə məruz qaldıqda və əksinə elektrik enerjisi istehsal etmək qabiliyyətidir. Söz yunanca piezodan gəlir, təzyiq və elektrik mənasını verir. İlk dəfə 1880-ci ildə kəşf edilib, lakin konsepsiya uzun müddətdir məlumdur.
Pyezoelektrikliyin ən məşhur nümunəsi kvarsdır, lakin bir çox digər materiallar da bu fenomeni nümayiş etdirir. Pyezoelektrikdən ən çox istifadə edilən ultrasəs istehsalıdır.
Bu yazıda mən piezoelektrikliyin nə olduğunu, necə işlədiyini və bu heyrətamiz fenomenin bir çox praktik tətbiqlərindən bəzilərini müzakirə edəcəyəm.
Piezoelektrik nədir?
Piezoelektriklik müəyyən materialların tətbiq olunan mexaniki gərginliyə cavab olaraq elektrik yükü yaratmaq qabiliyyətidir. İnversiya simmetriyası olan kristal materiallarda mexaniki və elektrik halları arasında xətti elektromexaniki qarşılıqlı təsirdir. Piezoelektrik materiallar yüksək gərginlikli elektrik enerjisi, saat generatorları, elektron cihazlar, mikrobalanslar, sürücü ultrasəs nozzləri və ultra incə fokuslanmalı optik birləşmələr yaratmaq üçün istifadə edilə bilər.
Piezoelektrik materiallara kristallar, müəyyən keramika, sümük və DNT kimi bioloji maddələr və zülallar daxildir. Pyezoelektrik materiala qüvvə tətbiq edildikdə, elektrik yükü əmələ gəlir. Bu yük daha sonra cihazları gücləndirmək və ya gərginlik yaratmaq üçün istifadə edilə bilər.
Piezoelektrik materiallar müxtəlif tətbiqlərdə istifadə olunur, o cümlədən:
• Səsin istehsalı və aşkarlanması
• Piezoelektrik inkjet çap
• Yüksək gərginlikli elektrik enerjisinin istehsalı
• Saat generatorları
• Elektron cihazlar
• Mikrobalanslar
• Ultrasəs başlıqlarını sürün
• Ultra incə fokuslayan optik birləşmələr
• Pikaplar elektron gücləndirilmiş gitaralar üçün
• Müasir elektron barabanlar üçün tetikler
• Qazı alovlandırmaq üçün qığılcımların istehsalı
• Pişirmə və qızdırma cihazları
• Məşəllər və siqaret alışqanları.
Pyezoelektrikliyin tarixi nədir?
Pyezoelektrik 1880-ci ildə fransız fizikləri Jak və Pyer Küri tərəfindən kəşf edilmişdir. Kristallar, keramika və bioloji maddələr kimi müəyyən bərk materiallarda tətbiq olunan mexaniki gərginliyə cavab olaraq toplanan elektrik yüküdür. "Pyezoelektrik" sözü yunanca "sıxmaq" və ya "press" mənasını verən "piezein" sözündən və qədim elektrik yükü mənbəyi olan "kəhrəba" mənasını verən "elektron" sözündən əmələ gəlib.
Pyezoelektrik effekt inversiya simmetriyası olan kristal materialların mexaniki və elektrik vəziyyətləri arasında xətti elektromexaniki qarşılıqlı təsir nəticəsində yaranır. Bu, geri dönən bir prosesdir, yəni piezoelektrikliyi nümayiş etdirən materiallar, eyni zamanda, tətbiq olunan elektrik sahəsi nəticəsində yaranan mexaniki gərginliyin daxili istehsalı olan əks pyezoelektrik effekti də nümayiş etdirir.
Kürilərin piroelektrik haqqında birləşmiş biliyi və əsas kristal strukturları başa düşməsi piroelektrikliyin proqnozlaşdırılmasına və kristal davranışını proqnozlaşdırmaq qabiliyyətinə səbəb oldu. Bu, turmalin, kvars, topaz, qamış şəkəri və Roşel duzu kimi kristalların təsirində nümayiş etdirildi.
Kürilər əks effektin mövcudluğunu dərhal təsdiq etdilər və pyezoelektrik kristallarda elektro-elasto-mexaniki deformasiyaların tam tərsinə çevrilməsinin kəmiyyət sübutunu əldə etdilər. Onilliklər ərzində piezoelektrik, Pierre və Marie Curie tərəfindən polonium və radiumun kəşfində mühüm alətə çevrilənə qədər laboratoriya marağı olaraq qaldı.
Piezoelektrik bir çox faydalı tətbiqetmələr üçün istifadə edilmişdir, o cümlədən səsin istehsalı və aşkarlanması, pyezoelektrik inkjet çap, yüksək gərginlikli elektrik enerjisi, saat generatorları və elektron cihazların istehsalı, mikrobalanslar, sürücü ultrasəs nozzləri, optik birləşmələrin ultra incə fokuslanması və formalar. atomların miqyasında şəkilləri həll etmək üçün skan edən prob mikroskoplarının əsası.
Piezoelektrik, həmçinin yemək bişirmə və isitmə cihazlarında, məşəllərdə, siqaret alışqanlarında və materialın temperaturun dəyişməsinə cavab olaraq elektrik potensialı yaratdığı piroelektrik effektdə qazı alovlandırmaq üçün qığılcımlar yaratmaq kimi gündəlik istifadəni də tapır.
Birinci Dünya Müharibəsi zamanı sonarın inkişafı Bell Telefon Laboratoriyaları tərəfindən hazırlanmış piezoelektrik kristalların istifadəsini gördü. Bu, Müttəfiqlərin Hərbi Hava Qüvvələrinə aviasiya radiosundan istifadə edərək koordinasiyalı kütləvi hücumlar həyata keçirməyə imkan verdi. ABŞ-da piezoelektrik cihazların və materialların inkişafı şirkətləri maraqlar sahəsində müharibə başlanğıclarının inkişafında saxladı, yeni materiallar üçün sərfəli patentləri təmin etdi.
Yaponiya Amerika Birləşmiş Ştatlarının piezoelektrik sənayesinin yeni tətbiqlərini və böyüməsini gördü və tez bir zamanda özlərini inkişaf etdirdi. Onlar tez məlumat paylaşdılar və xüsusi tətbiqlər üçün xüsusi xüsusiyyətlərə malik barium titanat və daha sonra qurğuşun sirkonat titanat materialları hazırladılar.
Piezoelektrik 1880-ci ildə kəşf edildiyi gündən bəri uzun bir yol keçmişdir və indi müxtəlif gündəlik tətbiqlərdə istifadə olunur. O, həmçinin struktur təhlükəsizliyini yaxşılaşdıraraq, tökmə metal və daş obyektlərin içərisində qüsurları tapmaq üçün əksləri və kəsilmələri ölçmək üçün material vasitəsilə ultrasəs impuls göndərən ultrasəs zaman domen reflektometrləri kimi materialların tədqiqatında irəliləyişlər əldə etmək üçün istifadə edilmişdir.
Piezoelektrik necə işləyir
Bu bölmədə mən piezoelektrikliyin necə işlədiyini araşdıracağam. Mən bərk cisimlərdə elektrik yükünün yığılmasına, xətti elektromexaniki qarşılıqlı təsirə və bu fenomeni təşkil edən geri çevrilə bilən prosesə baxacağam. Mən də piezoelektrik tarixini və onun tətbiqlərini müzakirə edəcəyəm.
Bərk cisimlərdə elektrik yükünün yığılması
Piezoelektrik kristallar, keramika və sümük və DNT kimi bioloji maddələr kimi müəyyən bərk materiallarda toplanan elektrik yüküdür. Bu, tətbiq olunan mexaniki gərginliyə cavabdır və adı yunanca “piezein” (sıxmaq və ya sıxmaq) və “ēlektron” (kəhrəba) sözlərindən gəlir.
Pyezoelektrik effekt inversiya simmetriyası olan kristal materiallarda mexaniki və elektrik vəziyyətləri arasında xətti elektromexaniki qarşılıqlı təsir nəticəsində yaranır. Bu, geri dönən bir prosesdir, yəni pyezoelektrikliyi nümayiş etdirən materiallar da əks pyezoelektrik effekt nümayiş etdirir, burada mexaniki gərginliyin daxili istehsalı tətbiq olunan elektrik sahəsinin nəticəsidir. Ölçülə bilən pyezoelektrik istehsal edən materiallara misal olaraq qurğuşun sirkonat titanat kristalları daxildir.
Fransız fizikləri Pierre və Jacques Curie 1880-ci ildə piezoelektrikanı kəşf etdilər. O vaxtdan bəri o, səsin istehsalı və aşkarlanması, pyezoelektrik mürəkkəb püskürtmə çapı, yüksək gərginlikli elektrik enerjisinin istehsalı, saat generatorları və mikrobalans kimi elektron cihazlar da daxil olmaqla müxtəlif faydalı tətbiqlər üçün istifadə edilmişdir. və optik birləşmələrin ultra incə fokuslanması üçün ultrasəs başlıqlarını idarə edin. O, həmçinin atomların miqyasında şəkilləri həll edə bilən skan edən zond mikroskoplarının əsasını təşkil edir. Piezoelektrik həmçinin elektron gücləndirilmiş gitaralar üçün pikaplarda və müasir elektron barabanlar üçün triggerlərdə istifadə olunur.
Piezoelektrik qazı alovlandırmaq üçün qığılcımların yaranmasında, yemək bişirmə və isitmə cihazlarında, məşəllərdə, siqaret alışqanlarında və materialın temperaturun dəyişməsinə cavab olaraq elektrik potensialı yaratdığı piroelektrik effektdə gündəlik istifadəni tapır. Bu, 18-ci əsrin ortalarında Karl Linney və Frans Aepinus tərəfindən mexaniki gərginlik və elektrik yükü arasında əlaqə yaradan René Haüy və Antuan Sezar Bekkerelin biliklərinə əsaslanaraq öyrənilmişdir. Təcrübələr nəticəsiz qaldı.
Şotlandiyanın Hunterian Muzeyində Küri kompensatorunda piezo kristalın görünüşü birbaşa pyezoelektrik effektin nümayişidir. Pierre və Jacques Curie qardaşları piroelektrik haqqında biliklərini əsas kristal strukturların anlayışı ilə birləşdirdilər, bu da piroelektrik proqnozuna səbəb oldu. Onlar kristalın davranışını proqnozlaşdıra bildilər və turmalin, kvars, topaz, qamış şəkəri və Roşel duzu kimi kristallarda təsirini nümayiş etdirdilər. Natrium kalium tartrat tetrahidrat və kvars da pyezoelektriklik nümayiş etdirdi. Piezoelektrik disk deformasiyaya uğradıqda gərginlik yaradır və Curilərin nümayişində forma dəyişikliyi çox şişirdilmişdir.
Onlar əks pyezoelektrik effekti proqnozlaşdıra bildilər və əks effekt 1881-ci ildə Qabriel Lippman tərəfindən riyazi olaraq çıxarıldı. Kürilər əks effektin mövcudluğunu dərhal təsdiq etdilər və elektro-elasto-elektrik effektin tam tərsinə çevrilməsinin kəmiyyət sübutunu əldə etməyə davam etdilər. pyezoelektrik kristallarda mexaniki deformasiyalar.
Onilliklər ərzində pyezoelektrik laboratoriya marağı olaraq qaldı, lakin Pierre və Marie Curie tərəfindən polonium və radiumun kəşfində mühüm vasitə oldu. Onların pyezoelektrikliyi nümayiş etdirən kristal strukturlarını tədqiq etmək və müəyyən etmək üzrə işləri Voldemar Voigtin Lehrbuch der Kristallphysik (Kristal Fizikası Dərsliyi) əsərinin nəşri ilə yekunlaşdı ki, bu əsər piezoelektrik qabiliyyətinə malik təbii kristal siniflərini təsvir edir və pyezoelektrik sabitləri ciddi şəkildə müəyyənləşdirir. Bu, pyezoelektrik cihazların praktiki tətbiqi idi və sonar Birinci Dünya Müharibəsi zamanı hazırlanmışdır. Fransada Pol Lanqevin və onun əməkdaşları ultrasəs sualtı detektoru hazırladılar.
Detektor aşağıdakılardan ibarət idi transducer polad plitələrə diqqətlə yapışdırılmış nazik kvars kristallarından və geri qaytarılan əks-sədanı aşkar etmək üçün hidrofondan hazırlanmışdır. Yüksək yaymaqla tezliyi çeviricidən gələn nəbz və obyektdən sıçrayan səs dalğalarının əks-sədasını eşitmək üçün lazım olan vaxtı ölçərək, obyektə olan məsafəni hesablaya bildilər. Sonarın uğur qazanması üçün onlar piezoelektrikdən istifadə etdilər və layihə piezoelektrik cihazlara intensiv inkişaf və maraq yaratdı. Onilliklər ərzində yeni piezoelektrik materiallar və materiallar üçün yeni tətbiqlər tədqiq edildi və inkişaf etdirildi və piezoelektrik cihazlar müxtəlif sahələrdə evlər tapdı. Keramika fonoqraf patronları pleyer dizaynını sadələşdirdi və saxlanması daha ucuz və qurulması daha asan olan ucuz və dəqiq pleyerlər üçün hazırlanmışdı.
Ultrasəs çeviricilərinin inkişafı mayelərin və bərk cisimlərin özlülüyünü və elastikliyini asanlıqla ölçməyə imkan verdi, nəticədə materialların tədqiqatında böyük irəliləyişlər oldu.
Xətti elektromexaniki qarşılıqlı təsir
Piezoelektriklik müəyyən materialların mexaniki gərginliyə məruz qaldıqda elektrik yükü yaratmaq qabiliyyətidir. Bu söz yunanca "sıxmaq və ya sıxmaq" mənasını verən πιέζειν (piezein) və elektrik yükünün qədim mənbəyi olan "kəhrəba" mənasını verən ἤλεκτρον (ēlektron) sözlərindən əmələ gəlib.
Pyezoelektrik 1880-ci ildə fransız fizikləri Jak və Pyer Küri tərəfindən kəşf edilmişdir. O, inversiya simmetriyasına malik kristal materialların mexaniki və elektrik halları arasında xətti elektromexaniki qarşılıqlı təsirə əsaslanır. Bu təsir geri çevrilə biləndir, yəni pyezoelektrikliyi nümayiş etdirən materiallar da əks pyezoelektrik effekt nümayiş etdirir, bununla da tətbiq olunan elektrik sahəsindən daxili mexaniki gərginlik əmələ gəlir. Statik strukturundan deformasiya olunduqda ölçülə bilən pyezoelektrik əmələ gətirən materiallara misal olaraq qurğuşun sirkonat titanat kristalları daxildir. Əksinə, tərs piezoelektrik effekt kimi tanınan və ultrasəs dalğalarının istehsalında istifadə olunan xarici elektrik sahəsi tətbiq edildikdə kristallar öz statik ölçüsünü dəyişə bilər.
Piezoelektrik müxtəlif faydalı tətbiqlər üçün istifadə edilmişdir, məsələn:
• Səsin istehsalı və aşkarlanması
• Piezoelektrik inkjet çap
• Yüksək gərginlikli elektrik enerjisinin istehsalı
• Saat generatoru
• Elektron cihazlar
• Mikrobalanslar
• Ultrasəs başlıqlarını sürün
• Ultra incə fokuslayan optik birləşmələr
• Atomların miqyasında təsvirləri həll etmək üçün skan edən zond mikroskoplarının əsasını təşkil edir
• Elektron gücləndirilmiş gitaralarda pikaplar
• Müasir elektron barabanlarda tetikler
• Pişirmə və isitmə cihazlarında qazı alovlandırmaq üçün qığılcımların yaranması
• Məşəllər və siqaret alışqanları
Piezoelektrik, temperatur dəyişikliyinə cavab olaraq elektrik potensialı yaradan material olan piroelektrik effektdə gündəlik istifadəni də tapır. Bu, 18-ci əsrin ortalarında Karl Linney və Frans Aepinus tərəfindən mexaniki gərginlik və elektrik yükü arasında əlaqə yaradan René Haüy və Antuan Sezar Bekkerelin biliklərinə əsaslanaraq öyrənilmişdir. Ancaq təcrübələr nəticəsiz qaldı.
Şotlandiyanın Hunterian Muzeyində Küri kompensatorunda piezo kristalına baxmaq birbaşa pyezoelektrik effektin nümayişidir. Məhz Pierre və Jacques Curie qardaşlarının işi idi ki, pyezoelektrikliyi nümayiş etdirən kristal strukturları tədqiq etdi və müəyyən etdi və Voldemar Voigt-in Lehrbuch der Kristallphysik (Kristal Fizikası Dərsliyi) əsərinin nəşri ilə yekunlaşdı. Bu, pyezoelektrikliyə qadir olan təbii kristal siniflərini təsvir etdi və pyezoelektrik cihazların praktik tətbiqinə gətirib çıxaran tensor analizi vasitəsilə pyezoelektrik sabitləri ciddi şəkildə müəyyənləşdirdi.
Sonar Birinci Dünya Müharibəsi zamanı, fransalı Pol Lanqevin və əməkdaşlarının ultrasəs sualtı detektoru hazırladığı zaman yaradılmışdır. Bu detektor polad lövhələrə diqqətlə yapışdırılmış nazik kvars kristallarından hazırlanmış çeviricidən və transduserdən yüksək tezlikli impuls buraxdıqdan sonra geri qaytarılan əks-sədanı aşkar etmək üçün hidrofondan ibarət idi. Bir cisimdən sıçrayan səs dalğalarının əks-sədasını eşitmək üçün lazım olan vaxtı ölçərək, pyezoelektrikdən istifadə edərək obyektin məsafəsini hesablaya bildilər. Bu layihənin uğuru onilliklər ərzində yeni pyezoelektrik materiallar və bu materiallar üçün yeni tətbiqlər araşdırılaraq inkişaf etdirilməklə, pyezoelektrik cihazlara intensiv inkişaf və maraq yaratdı. Pyezoelektrik cihazlar, pleyer dizaynını sadələşdirən və daha ucuz və daha dəqiq pleyerlər üçün hazırlanmış keramika fonoqraf patronları kimi bir çox sahədə evlər tapdı, tikintisi və saxlanması daha ucuz və asan oldu.
Ultrasəs çeviricilərinin inkişafı mayelərin və bərk cisimlərin özlülüyünü və elastikliyini asanlıqla ölçməyə imkan verdi, nəticədə materialların tədqiqatında böyük irəliləyişlər oldu. Ultrasəs zaman domeninin reflektometrləri materiala ultrasəs impuls göndərir və tökmə metal və daş obyektlərin içərisində qüsurları tapmaq üçün əksləri və kəsilmələri ölçür, struktur təhlükəsizliyini artırır. İkinci Dünya Müharibəsindən sonra ABŞ, Rusiya və Yaponiyadakı müstəqil tədqiqat qrupları təbii materiallardan dəfələrlə yüksək piezoelektrik sabitləri nümayiş etdirən ferroelektrik adlanan yeni sintetik materiallar sinfini kəşf etdilər. Bu, barium titanatın və daha sonra qurğuşun zirkonat titanatın, xüsusi tətbiqlər üçün xüsusi xüsusiyyətlərə malik materialların hazırlanması üçün intensiv tədqiqatlara səbəb oldu.
Piezoelektrik kristalların istifadəsinin əhəmiyyətli bir nümunəsi İkinci Dünya Müharibəsindən sonra Bell Telefon Laboratoriyaları tərəfindən hazırlanmışdır. Frederick R. Lack, radiotelefoniya mühəndisliyi şöbəsində işləyir,
Geri dönən proses
Piezoelektrik kristallar, keramika və sümük və DNT kimi bioloji maddələr kimi müəyyən bərk materiallarda toplanan elektrik yüküdür. Bu, bu materialların tətbiq olunan mexaniki gərginliyə cavabıdır. "Pyezoelektrik" sözü yunanca "sıxmaq" və ya "basmaq" mənasını verən "piezein" və elektrik yükünün qədim mənbəyi olan "kəhrəba" mənasını verən "ēlektron" sözlərindəndir.
Pyezoelektrik effekt inversiya simmetriyası olan kristal materialların mexaniki və elektrik vəziyyətləri arasında xətti elektromexaniki qarşılıqlı təsir nəticəsində yaranır. Bu, geri dönən bir prosesdir, yəni piezoelektrikliyi nümayiş etdirən materiallar, eyni zamanda, tətbiq olunan elektrik sahəsi nəticəsində yaranan mexaniki gərginliyin daxili istehsalı olan əks pyezoelektrik effekti də nümayiş etdirir. Ölçülə bilən pyezoelektrik istehsal edən materiallara misal olaraq qurğuşun sirkonat titanat kristalları daxildir. Bu kristalların statik quruluşu deformasiya edildikdə, onlar ilkin ölçülərinə qayıdırlar və əksinə, xarici elektrik sahəsi tətbiq edildikdə, ultrasəs dalğaları əmələ gətirərək statik ölçülərini dəyişirlər.
Fransız fizikləri Jacques və Pierre Curie 1880-ci ildə piezoelektrikanı kəşf etdilər. O vaxtdan bəri o, səsin istehsalı və aşkarlanması, piezoelektrik mürəkkəb püskürtmə çapı, yüksək gərginlikli elektrik enerjisinin istehsalı, saat generatorları, elektron cihazlar, mikrobalanslar, ultrasəs ucluqlarını və ultra incə fokuslayan optik birləşmələri idarə edir. O, həmçinin atomların miqyasında şəkilləri həll edə bilən zond mikroskoplarının skan edilməsi üçün əsas təşkil edir. Piezoelektrik həmçinin elektron gücləndirilmiş gitaralar üçün pikaplarda və müasir elektron barabanlar üçün triggerlərdə istifadə olunur.
Piezoelektrik, həmçinin yemək bişirmə və isitmə cihazlarında, məşəllərdə, siqaret alışqanlarında və sairdə qazı alovlandırmaq üçün qığılcımlar yaratmaq kimi gündəlik istifadəni də tapır. Temperatur dəyişikliyinə cavab olaraq materialın elektrik potensialı yaratdığı piroelektrik effekt 18-ci əsrin ortalarında Karl Linney, Frans Aepin və Rene Haüy tərəfindən kəhrəba haqqında biliklərə əsaslanaraq öyrənilmişdir. Antoine César Becquerel mexaniki gərginlik və elektrik yükü arasında əlaqəni irəli sürdü, lakin təcrübələr nəticəsiz qaldı.
Qlazqodakı Ovçular Muzeyinin ziyarətçiləri Pierre və Jacques Curie qardaşlarının birbaşa piezoelektrik effektinin nümayişi olan Piezo Crystal Curie kompensatoruna baxa bilərlər. Piroelektrik haqqında biliklərini əsas kristal strukturların anlayışı ilə birləşdirərək, piroelektrikliyin proqnozlaşdırılmasına və kristal davranışını proqnozlaşdırmaq qabiliyyətinə səbəb oldu. Bu, turmalin, kvars, topaz, qamış şəkəri və Roşel duzu kimi kristalların təsiri ilə nümayiş etdirildi. Natrium və kalium tartrat tetrahidrat və kvars da piezoelektrikliyi nümayiş etdirdi və deformasiya zamanı gərginlik yaratmaq üçün bir pyezoelektrik disk istifadə edildi. Bu forma dəyişikliyi əksinə piezoelektrik effekti proqnozlaşdırmaq üçün Kürilər tərəfindən çox şişirdilmişdir. Əks effekt 1881-ci ildə Gabriel Lippmann tərəfindən fundamental termodinamik prinsiplərdən riyazi olaraq çıxarılmışdır.
Kürilər əks effektin mövcudluğunu dərhal təsdiq etdilər və pyezoelektrik kristallarda elektro-elasto-mexaniki deformasiyaların tam tərsinə çevrilməsinin kəmiyyət sübutunu əldə etdilər. Onilliklər ərzində pyezoelektrik laboratoriya marağı olaraq qaldı, lakin Pierre və Marie Curie tərəfindən polonium və radiumun kəşfində mühüm vasitə oldu. Onların pyezoelektrikliyi nümayiş etdirən kristal strukturları tədqiq etmək və müəyyən etmək üzrə işləri Woldemar Voigt-in Lehrbuch der Kristallphysik (Kristal Fizikası Dərsliyi) nəşri ilə yekunlaşdı. Bu, pyezoelektrikliyə qadir olan təbii kristal siniflərini təsvir etdi və tensor analizindən istifadə edərək pyezoelektrik sabitləri ciddi şəkildə təyin etdi.
Sonar kimi pyezoelektrik cihazların praktiki tətbiqi Birinci Dünya Müharibəsi illərində işlənib hazırlanmışdır. Fransada Pol Lanqevin və onun əməkdaşları ultrasəs sualtı detektoru hazırlayıblar. Bu detektor polad lövhələrə diqqətlə yapışdırılmış nazik kvars kristallarından hazırlanmış çeviricidən və geri qaytarılan əks-sədanı aşkar etmək üçün hidrofondan ibarət idi. Transduserdən yüksək tezlikli impuls buraxaraq və cisimdən sıçrayan səs dalğalarının əks-sədasını eşitmək üçün lazım olan vaxtı ölçərək, onlar obyektin məsafəsini hesablaya biliblər. Onlar bu sonarın uğurlu olması üçün piezoelektrikdən istifadə ediblər. Bu layihə piezoelektrik cihazlara intensiv inkişaf və maraq yaratdı və onilliklər ərzində yeni pyezoelektrik materiallar və bu materiallar üçün yeni tətbiqlər araşdırıldı və inkişaf etdirildi. Piezoelektrik cihazlar
Piezoelektrik səbəb nədir?
Bu bölmədə mən piezoelektrikliyin mənşəyini və bu fenomeni nümayiş etdirən müxtəlif materialları araşdıracağam. Mən elektrik yükünün qədim mənbəyi olan yunanca "piezein" sözünə və piroelektrik effektinə baxacağam. Mən həmçinin Pierre və Jacques Curie-nin kəşflərini və 20-ci əsrdə piezoelektrik cihazların inkişafını müzakirə edəcəyəm.
Yunan sözü Piezein
Piezoelektrik kristallar, keramika və sümük və DNT kimi bioloji maddələr kimi müəyyən bərk materiallarda elektrik yükünün yığılmasıdır. Bu, bu materialların tətbiq olunan mexaniki stresə reaksiyasından qaynaqlanır. Pyezoelektrik sözü yunanca “sıxmaq və ya sıxmaq” mənasını verən “piezein” və elektrik yükünün qədim mənbəyi olan “kəhrəba” mənasını verən “ēlektron” sözündəndir.
Pyezoelektrik effekt inversiya simmetriyası olan kristal materialların mexaniki və elektrik vəziyyətləri arasında xətti elektromexaniki qarşılıqlı təsir nəticəsində yaranır. Bu, geri dönən bir prosesdir, yəni pyezoelektrikliyi nümayiş etdirən materiallar da əks pyezoelektrik effekt nümayiş etdirir, bu da tətbiq olunan elektrik sahəsi nəticəsində yaranan mexaniki gərginliyin daxili istehsalıdır. Məsələn, qurğuşun sirkonat titanat kristalları, onların statik strukturu orijinal ölçüsündən deformasiyaya uğradıqda ölçülə bilən piezoelektrik yaradır. Əksinə, tərs piezoelektrik effekt kimi tanınan və ultrasəs dalğalarının istehsalı olan xarici elektrik sahəsi tətbiq edildikdə kristallar statik ölçülərini dəyişə bilər.
Fransız fizikləri Jacques və Pierre Curie 1880-ci ildə piezoelektrikliyi kəşf etdilər. Pyezoelektrik effekt səsin istehsalı və aşkarlanması, piezoelektrik mürəkkəb püskürtmə çapı, yüksək gərginlikli elektrik enerjisinin istehsalı, saat generatorları və mikrotarazlıqlar kimi elektron cihazlar da daxil olmaqla bir çox faydalı proqramlar üçün istifadə edilmişdir. , ultrasəs başlıqlarını və ultra incə fokuslayan optik birləşmələri idarə edin. O, həmçinin atomların miqyasında şəkilləri həll edə bilən skan edən zond mikroskoplarının əsasını təşkil edir. Piezoelektrik həmçinin elektron gücləndirilmiş gitaralar üçün pikaplarda və müasir elektron barabanlar üçün triggerlərdə istifadə olunur.
Piezoelektrik, yemək bişirmə və isitmə cihazlarında, məşəllərdə, siqaret alışqanlarında və s. qazı alovlandırmaq üçün qığılcımlar yaratmaq kimi gündəlik istifadəni tapır. Temperatur dəyişikliyinə cavab olaraq elektrik potensialının əmələ gəlməsi olan piroelektrik effekt 18-ci əsrin ortalarında Karl Linney və Frans Aepin tərəfindən tədqiq edilmiş, Rene Hauy və Antoine Sezar Becquerel arasında əlaqə qurmuşdur. mexaniki gərginlik və elektrik yükü. Təcrübələr nəticəsiz qaldı.
Şotlandiyadakı muzeydə ziyarətçilər Pierre və Jacques Curie qardaşlarının birbaşa piezoelektrik effektinin nümayişi olan piezo kristal Küri kompensatoruna baxa bilərlər. Piroelektrik haqqında biliklərini əsas kristal strukturların anlayışı ilə birləşdirmək, piroelektrikliyin proqnozlaşdırılmasına və kristal davranışını proqnozlaşdırmaq qabiliyyətinə səbəb oldu. Bu, turmalin, kvars, topaz, qamış şəkəri və Roşel duzu kimi kristalların təsiri ilə nümayiş etdirildi. Rochelle duzundan natrium kalium tartrat tetrahidrat və kvars pyezoelektrik nümayiş etdirdi və pyezoelektrik disk deformasiya edildikdə gərginlik yaradır. Bu forma dəyişikliyi Kürilərin nümayişində çox şişirdilmişdir.
Kürilər pyezoelektrik kristallarda elektro-elasto-mexaniki deformasiyaların tam tərsinə çevrilməsinin kəmiyyət sübutunu əldə etməyə davam etdilər. Pierre və Marie Curie tərəfindən polonium və radiumun kəşfində mühüm alətə çevrilənə qədər onilliklər ərzində piezoelektrik laboratoriya marağı olaraq qaldı. Onların pyezoelektrikliyi nümayiş etdirən kristal strukturları tədqiq etmək və müəyyən etmək üzrə işləri Woldemar Voigt-in Lehrbuch der Kristallphysik (Kristal Fizikası Dərsliyi) nəşri ilə yekunlaşdı. Bu, pyezoelektrikliyə qadir olan təbii kristal siniflərini təsvir etdi və tensor analizi ilə pyezoelektrik sabitləri ciddi şəkildə təyin etdi.
Pyezoelektrik enerjinin bu praktik tətbiqi Birinci Dünya Müharibəsi zamanı sonarın inkişafına səbəb oldu. Fransada Pol Lanqevin və onun əməkdaşları ultrasəs sualtı detektoru hazırladılar. Detektor yüksək tezlikli impuls buraxdıqdan sonra geri qaytarılan əks-sədanı aşkar etmək üçün hidrofon adlanan polad lövhələrə diqqətlə yapışdırılmış nazik kvars kristallarından hazırlanmış çeviricidən ibarət idi. Transduser obyektin məsafəsini hesablamaq üçün obyektdən sıçrayan səs dalğalarının əks-sədasını eşitmək üçün lazım olan vaxtı ölçdü. Sonarda piezoelektrikdən istifadə uğurlu oldu və layihə onilliklər ərzində piezoelektrik cihazlara intensiv inkişaf və maraq yaratdı.
Yeni piezoelektrik materiallar və bu materiallar üçün yeni tətbiqlər araşdırıldı və inkişaf etdirildi və pyezoelektrik cihazlar keramika fonoqraf patronları kimi bir çox sahədə ev tapdı, bu da pleyer dizaynını sadələşdirdi və daha ucuz, daha dəqiq saxlanılması daha ucuz olan və daha asan səsyazma pleyerləri etdi. tikmək. İnkişaf
Elektrik yükünün qədim mənbəyi
Piezoelektrik kristallar, keramika və sümük və DNT kimi bioloji maddələr kimi müəyyən bərk materiallarda toplanan elektrik yüküdür. Bu, materialın tətbiq olunan mexaniki stresə reaksiyasından qaynaqlanır. "Pyezoelektrik" sözü yunanca "sıxmaq və ya sıxmaq" mənasını verən "piezein" sözündən və qədim elektrik yükü mənbəyi olan "kəhrəba" mənasını verən "elektron" sözündəndir.
Pyezoelektrik effekt inversiya simmetriyası olan kristal materialların mexaniki və elektrik vəziyyətləri arasında xətti elektromexaniki qarşılıqlı təsir nəticəsində yaranır. Bu, geri dönən bir prosesdir, yəni pyezoelektrikliyi nümayiş etdirən materiallar da əks pyezoelektrik effekt nümayiş etdirir, bu da tətbiq olunan elektrik sahəsi nəticəsində yaranan mexaniki gərginliyin daxili istehsalıdır. Məsələn, qurğuşun sirkonat titanat kristalları, onların statik strukturu orijinal ölçüsündən deformasiyaya uğradıqda ölçülə bilən piezoelektrik yaradır. Əksinə, xarici elektrik sahəsi tətbiq edildikdə, kristallar ultrasəs dalğaları yaradaraq tərs piezoelektrik effektdə öz statik ölçülərini dəyişirlər.
Pyezoelektrik effekt 1880-ci ildə fransız fizikləri Jak və Pyer Küri tərəfindən kəşf edilmişdir. O, müxtəlif faydalı tətbiqlər üçün istifadə olunur, o cümlədən səsin istehsalı və aşkarlanması, pyezoelektrik inkjet çap, yüksək gərginlikli elektrik enerjisinin istehsalı, saat generatorları və optik birləşmələrin ultra incə fokuslanması üçün mikrobalanslar və sürücü ultrasəs nozzləri kimi elektron cihazların istehsalı. O, həmçinin atomların miqyasında təsvirləri həll etmək üçün istifadə edilən zond mikroskoplarının skan edilməsi üçün əsas təşkil edir. Piezoelektrik həmçinin elektron gücləndirilmiş gitaralar üçün pikaplarda və müasir elektron barabanlar üçün triggerlərdə istifadə olunur.
Piezoelektrik yemək bişirmə və isitmə cihazlarında, məşəllərdə, siqaret alışqanlarında və sairdə qazı alovlandırmaq üçün qığılcımlar yaratmaqda gündəlik istifadəni tapır. Temperatur dəyişikliyinə cavab olaraq elektrik potensialının istehsalı olan piroelektrik effekt 18-ci əsrin ortalarında Karl Linnaeus və Frans Aepinus tərəfindən mexaniki təsirlər arasında əlaqə quran Rene Hauy və Antoine Sezar Becquerelin biliklərinə əsaslanaraq öyrənilmişdir. stress və elektrik yükü. Lakin onların təcrübələri nəticəsiz qaldı.
Şotlandiyanın Hunterian Muzeyində piezo kristal və Küri kompensatorunun görünüşü birbaşa pyezoelektrik effekti nümayiş etdirir. Məhz Pierre və Jacques Curie qardaşlarının işi idi ki, pyezoelektrikliyi nümayiş etdirən kristal strukturları tədqiq etdi və müəyyən etdi və Voldemar Voigt-in Lehrbuch der Kristallphysik (Kristal Fizikası Dərsliyi) əsərinin nəşri ilə yekunlaşdı. Bu, pyezoelektrikliyə qadir olan təbii kristal siniflərini təsvir etdi və pyezoelektrik cihazların praktiki tətbiqinə imkan verən tensor analizi vasitəsilə pyezoelektrik sabitləri ciddi şəkildə müəyyənləşdirdi.
Sonar Birinci Dünya Müharibəsi zamanı ultrasəs sualtı detektoru hazırlayan fransalı Pol Lanqevin və onun həmkarları tərəfindən hazırlanmışdır. Detektor polad lövhələrə diqqətlə yapışdırılmış nazik kvars kristallarından hazırlanmış çeviricidən və geri qaytarılan əks-sədanı aşkar etmək üçün hidrofondan ibarət idi. Transduserdən yüksək tezlikli impuls çıxararaq və cisimdən sıçrayan səs dalğalarının əks-sədasını eşitmək üçün lazım olan vaxtı ölçməklə, onlar obyektə olan məsafəni hesablaya biliblər. Onlar bu sonarın uğurlu olması üçün piezoelektrikdən istifadə ediblər. Layihə onilliklər ərzində piezoelektrik cihazlara intensiv inkişaf və maraq yaratdı.
Piroelektrik
Piezoelektriklik, tətbiq olunan mexaniki gərginliyə cavab olaraq müəyyən materialların elektrik yükünü toplamaq qabiliyyətidir. İnversiya simmetriyası olan kristal materialların mexaniki və elektrik vəziyyətləri arasında xətti elektromexaniki qarşılıqlı təsirdir. “Pyezoelektrik” sözü yunanca “sıxmaq və ya sıxmaq” mənasını verən “piezein” sözündən və qədim elektrik yükü mənbəyi olan “kəhrəba” mənasını verən yunanca “ēlektron” sözündən əmələ gəlib.
Pyezoelektrik effekti 1880-ci ildə fransız fizikləri Jak və Pierre Küri kəşf edib. Bu, geri dönən prosesdir, yəni pyezoelektrik effekti nümayiş etdirən materiallar eyni zamanda əks pyezoelektrik effekti də nümayiş etdirir, bu da tətbiq olunan elektrik sahəsi nəticəsində yaranan mexaniki gərginliyin daxili generasiyasıdır. Ölçülə bilən pyezoelektrik istehsal edən materiallara misal olaraq qurğuşun sirkonat titanat kristalları daxildir. Statik struktur deformasiyaya uğradıqda, orijinal ölçüsünə qayıdır. Əksinə, xarici elektrik sahəsi tətbiq edildikdə, ultrasəs dalğalarının istehsalı ilə nəticələnən tərs piezoelektrik effekt yaranır.
Pyezoelektrik effektdən səsin istehsalı və aşkarlanması, pyezoelektrik inkjet çap, yüksək gərginlikli elektrik enerjisinin istehsalı, saat generatorları və mikrobalanslar, sürücü ultrasəs nozzləri və ultra incə fokuslama optik qurğular kimi elektron cihazlar da daxil olmaqla bir çox faydalı proqramlar üçün istifadə olunur. O, həmçinin atomların miqyasında şəkilləri həll etmək üçün istifadə edilən zond mikroskoplarının skan edilməsi üçün əsasdır. Piezoelektrik həmçinin elektron gücləndirilmiş gitaralar üçün pikaplarda və müasir elektron barabanlar üçün triggerlərdə istifadə olunur.
Piezoelektrik, yemək bişirmə və isitmə cihazlarında, məşəllərdə, siqaret alışqanlarında və s. qazı alovlandırmaq üçün qığılcımlar yaratmaq kimi gündəlik istifadəni tapır. Temperatur dəyişikliyinə cavab olaraq elektrik potensialının istehsalı olan piroelektrik effekt 18-ci əsrin ortalarında Carl Linnaeus və Franz Aepinus tərəfindən bir əlaqə quran René Hauy və Antoine Sezar Becquerelin biliklərinə əsaslanaraq öyrənildi. mexaniki gərginlik və elektrik yükü arasında. Ancaq təcrübələr nəticəsiz qaldı.
Şotlandiyanın Küri Kompensator Muzeyində piezo kristalın görünüşü birbaşa pyezoelektrik effektin nümayişidir. Pierre və Jacques Curie qardaşları piroelektrik haqqında biliklərini və əsas kristal strukturlar haqqında anlayışlarını birləşdirərək, piroelektrik anlayışını və kristal davranışını proqnozlaşdırdılar. Bu, turmalin, kvars, topaz, qamış şəkəri və Roşel duzu kimi kristalların təsirində nümayiş etdirildi. Natrium kalium tartrat tetrahidrat və kvarsın pyezoelektrik nümayiş etdirdiyi aşkar edildi və deformasiya zamanı gərginlik yaratmaq üçün bir pyezoelektrik disk istifadə edildi. Bu, əksinə piezoelektrik effekti proqnozlaşdırmaq üçün Kürilər tərəfindən çox şişirdilmişdir. Əks effekt 1881-ci ildə Gabriel Lippmann tərəfindən fundamental termodinamik prinsiplərlə riyazi olaraq çıxarılmışdır.
Kürilər əks effektin mövcudluğunu dərhal təsdiq etdilər və pyezoelektrik kristallarda elektro-elasto-mexaniki deformasiyaların tam tərsinə çevrilməsinin kəmiyyət sübutunu əldə etdilər. Sonrakı onilliklərdə piezoelektrik, Pierre və Marie Curie tərəfindən polonium və radiumun kəşfində mühüm vasitəyə çevrilənə qədər laboratoriya marağı olaraq qaldı. Onların pyezoelektrikliyi nümayiş etdirən kristal strukturları tədqiq etmək və müəyyən etmək üzrə işləri Woldemar Voigt-in Lehrbuch der Kristallphysik (Kristal Fizikası Dərsliyi) nəşri ilə yekunlaşdı.
Sonarın inkişafı uğur qazandı və layihə piezoelektrik cihazlara intensiv inkişaf və maraq yaratdı. Sonrakı onilliklərdə yeni piezoelektrik materiallar və bu materiallar üçün yeni tətbiqlər araşdırıldı və inkişaf etdirildi. Pyezoelektrik qurğular keramika fonoqraf patronları kimi bir çox sahədə ev tapdı, bu da pleyer dizaynını sadələşdirdi və daha ucuz, daha dəqiq, saxlanması daha ucuz və qurulması asan olan pleyerlər etdi. Ultrasəs çeviricilərinin inkişafı mayelərin və bərk cisimlərin özlülüyünü və elastikliyini asanlıqla ölçməyə imkan verdi, nəticədə materialların tədqiqində böyük irəliləyişlər oldu. Ultrasəs zaman domeninin reflektometrləri materiala ultrasəs impuls göndərir və tökmə metal və daş obyektlərin içərisində qüsurları tapmaq üçün əksləri və kəsilmələri ölçür, struktur təhlükəsizliyini artırır.
İkinci Dünya Müharibəsindən sonra ABŞ, Rusiya və Yaponiyadakı müstəqil tədqiqat qrupları pyezoelektrik sabitləri nümayiş etdirən ferroelektrik adlı yeni sintetik materiallar sinfini kəşf etdilər.
Piezoelektrik materiallar
Bu bölmədə, tətbiq olunan mexaniki gərginliyə cavab olaraq müəyyən materialların elektrik yükünü toplamaq qabiliyyəti olan piezoelektrik effekti nümayiş etdirən materialları müzakirə edəcəyəm. Mən kristallara, keramikalara, bioloji maddələrə, sümüklərə, DNT və zülallara və bunların hamısının pyezoelektrik effektə necə reaksiya verdiyinə baxacağam.
Crystals
Piezoelektriklik, tətbiq olunan mexaniki gərginliyə cavab olaraq müəyyən materialların elektrik yükünü toplamaq qabiliyyətidir. Pyezoelektrik sözü yunanca “sıxmaq” və ya “basın” mənasını verən πιέζειν (piezein) və elektrik yükünün qədim mənbəyi olan “kəhrəba” mənasını verən ἤλεκτρον (ēlektron) sözlərindən əmələ gəlib. Piezoelektrik materiallara kristallar, keramika, bioloji maddə, sümük, DNT və zülallar daxildir.
Piezoelektriklik inversiya simmetriyası olan kristal materiallarda mexaniki və elektrik halları arasında xətti elektromexaniki qarşılıqlı təsirdir. Bu təsir geri çevrilir, yəni pyezoelektrikliyi nümayiş etdirən materiallar eyni zamanda tətbiq olunan elektrik sahəsi nəticəsində yaranan mexaniki gərginliyin daxili istehsalı olan əks pyezoelektrik effekti də nümayiş etdirir. Ölçülə bilən pyezoelektrik əmələ gətirən materiallara misal olaraq orijinal ölçüsünə qədər deformasiya oluna bilən qurğuşun zirkonat titanat kristallarını və ya əksinə, xarici elektrik sahəsi tətbiq edildikdə statik ölçüsünü dəyişdirə bilər. Bu tərs piezoelektrik effekt kimi tanınır və ultrasəs dalğaları yaratmaq üçün istifadə olunur.
Fransız fizikləri Jacques və Pierre Curie 1880-ci ildə piezoelektrikanı kəşf etdilər. Pyezoelektrik effekt səsin istehsalı və aşkarlanması, piezoelektrik mürəkkəb püskürtmə çapı, yüksək gərginlikli elektrik enerjisinin istehsalı, saat generatorları və elektron cihazlar da daxil olmaqla müxtəlif faydalı tətbiqlər üçün istifadə edilmişdir. mikrobalanslar, sürücü ultrasəs nozzləri və ultra incə fokuslayan optik birləşmələr kimi. O, həmçinin atomların miqyasında təsvirləri həll etmək üçün istifadə edilən zond mikroskoplarının skan edilməsi üçün əsas təşkil edir. Piezoelektrik pikaplar həmçinin elektron gücləndirilmiş gitaralarda və müasir elektron barabanlarda triggerlərdə istifadə olunur.
Piezoelektrik yemək bişirmə və isitmə cihazlarında, həmçinin məşəllərdə və siqaret alışqanlarında qazı alovlandırmaq üçün qığılcımlar yaratmaqda gündəlik istifadəni tapır. Temperaturun dəyişməsinə cavab olaraq elektrik potensialının əmələ gəlməsi olan piroelektrik effekt 18-ci əsrin ortalarında Karl Linney və Frans Aepin tərəfindən mexaniki təsirlər arasında əlaqə yaradan Rene Hauy və Antoine Sezar Becquerelin biliklərinə əsaslanaraq öyrənilmişdir. stress və elektrik yükü. Bu nəzəriyyəni sübut etmək üçün aparılan təcrübələr nəticəsiz qaldı.
Şotlandiyanın Hunterian Muzeyində Küri kompensatorunda piezo kristalın görünüşü birbaşa pyezoelektrik effektin nümayişidir. Pierre və Jacques Curie qardaşları piroelektrik haqqındakı biliklərini əsas kristal strukturların anlayışı ilə birləşdirərək piroelektrik proqnozunu verdilər. Onlar kristalın davranışını proqnozlaşdıra bildilər və turmalin, kvars, topaz, qamış şəkəri və Roşel duzu kimi kristallarda təsirini nümayiş etdirdilər. Natrium kalium tartrat tetrahidrat və kvars da piezoelektriklik nümayiş etdirdi. Piezoelektrik disk deformasiya edildikdə gərginlik yaradır; forma dəyişikliyi Kürilərin nümayişində çox şişirdilmişdir.
Onlar həmçinin əks pyezoelektrik effekti proqnozlaşdıra və bunun arxasındakı fundamental termodinamik prinsipləri riyazi olaraq çıxara bildilər. Qabriel Lippmann bunu 1881-ci ildə etdi. Kürilər əks effektin mövcudluğunu dərhal təsdiq etdilər və pyezoelektrik kristallarda elektro-elasto-mexaniki deformasiyaların tam tərsinə çevrilməsinin kəmiyyət sübutunu əldə etməyə davam etdilər.
Onilliklər ərzində pyezoelektrik laboratoriya marağı olaraq qaldı, lakin Pierre və Marie Curie tərəfindən polonium və radiumun kəşfində mühüm vasitə oldu. Onların pyezoelektrikliyi nümayiş etdirən kristal strukturları tədqiq etmək və müəyyən etmək üzrə işləri Voldemar Voigtin Lehrbuch der Kristallphysik (Kristal Fizikası Dərsliyi) əsərinin nəşri ilə yekunlaşdı, bu əsər piezoelektrikliyə qadir təbii kristal siniflərini təsvir etdi və pyezoelektrik sabitlərdən istifadə edərək ciddi şəkildə müəyyən etdi.
Sonarda pyezoelektrik cihazların praktiki tətbiqi Birinci Dünya Müharibəsi zamanı işlənib hazırlanmışdır. Fransada Pol Lanqevin və onun əməkdaşları ultrasəs sualtı detektoru işləyib hazırlamışlar. Bu detektor yüksək tezlikli impuls buraxdıqdan sonra geri qaytarılan əks-sədanı aşkar etmək üçün hidrofon adlanan polad lövhələrə diqqətlə yapışdırılmış nazik kvars kristallarından hazırlanmış çeviricidən ibarət idi. Cisimdən sıçrayan səs dalğalarının əks-sədasını eşitmək üçün lazım olan vaxtı ölçməklə, onlar obyektə olan məsafəni hesablaya biliblər. Sonarda piezoelektrikdən bu şəkildə istifadə uğurlu oldu və layihə onilliklər ərzində pyezoelektrik cihazlara intensiv inkişaf və maraq yaratdı.
keramika
Piezoelektrik materiallar tətbiq olunan mexaniki gərginliyə cavab olaraq elektrik yükünü toplayan bərk cisimlərdir. Piezoelektrik yunanca "sıxmaq" və ya "basın" mənasını verən πιέζειν (piezein) və elektrik yükünün qədim mənbəyi olan "kəhrəba" mənasını verən ἤλεκτρον (ēlektron) sözlərindən əmələ gəlib. Piezoelektrik materiallar müxtəlif tətbiqlərdə, o cümlədən səsin istehsalı və aşkarlanması, piezoelektrik inkjet çap və yüksək gərginlikli elektrik enerjisinin istehsalı üçün istifadə olunur.
Pyezoelektrik materiallar kristallarda, keramikada, bioloji maddədə, sümükdə, DNT-də və zülallarda olur. Keramika gündəlik tətbiqlərdə istifadə olunan ən çox yayılmış piezoelektrik materiallardır. Keramika bərk maddə yaratmaq üçün yüksək temperatura qədər qızdırılan qurğuşun zirkonat titanat (PZT) kimi metal oksidlərin birləşməsindən hazırlanır. Keramika yüksək davamlıdır və həddindən artıq temperatur və təzyiqlərə davam edə bilər.
Piezoelektrik keramika müxtəlif istifadələrə malikdir, o cümlədən:
• Məşəl və siqaret alışqanları kimi yemək bişirmək və qızdırmaq üçün qazı yandırmaq üçün qığılcımların yaranması.
• Tibbi təsvir üçün ultrasəs dalğalarının yaradılması.
• Saat generatorları və elektron cihazlar üçün yüksək gərginlikli elektrik enerjisinin istehsalı.
• Dəqiq çəkidə istifadə üçün mikrobalansların yaradılması.
• Optik birləşmələrin ultra incə fokuslanması üçün sürücülük ultrasəs nozzləri.
• Atomların miqyasında təsvirləri həll edə bilən zond mikroskoplarının skan edilməsi üçün əsas yaratmaq.
• Elektron gücləndirilmiş gitaralar üçün pikaplar və müasir elektron barabanlar üçün triggerlər.
Piezoelektrik keramika istehlakçı elektronikasından tutmuş tibbi təsvirlərə qədər geniş tətbiqlərdə istifadə olunur. Onlar yüksək davamlıdır və həddindən artıq temperatur və təzyiqlərə davam edə bilir, bu da onları müxtəlif sənaye sahələrində istifadə üçün ideal edir.
Bioloji Maddə
Piezoelektriklik, tətbiq olunan mexaniki gərginliyə cavab olaraq müəyyən materialların elektrik yükünü toplamaq qabiliyyətidir. O, yunanca "sıxmaq və ya sıxmaq" mənasını verən "piezein" sözündən və qədim elektrik yükü mənbəyi olan "kəhrəba" mənasını verən "ēlektron" sözündən əmələ gəlib.
Sümük, DNT və zülallar kimi bioloji maddələr pyezoelektrikliyi nümayiş etdirən materiallar arasındadır. Bu təsir geri çevrilir, yəni pyezoelektrikliyi nümayiş etdirən materiallar eyni zamanda tətbiq olunan elektrik sahəsi nəticəsində yaranan mexaniki gərginliyin daxili istehsalı olan əks pyezoelektrik effekti də nümayiş etdirir. Bu materiallara misal olaraq qurğuşun zirkonat titanat kristallarını göstərmək olar ki, onların statik strukturu ilkin ölçüsündən deformasiyaya uğradıqda ölçülə bilən pyezoelektrik yaradır. Əksinə, xarici elektrik sahəsi tətbiq edildikdə, kristallar statik ölçülərini dəyişdirərək, tərs pyezoelektrik effekt vasitəsilə ultrasəs dalğaları yaradır.
Pyezoelektrikliyin kəşfi 1880-ci ildə fransız fizikləri Jak və Pierre Küri tərəfindən edilmişdir. O vaxtdan bəri müxtəlif faydalı tətbiqlər üçün istifadə edilmişdir, məsələn:
• Səsin istehsalı və aşkarlanması
• Piezoelektrik inkjet çap
• Yüksək gərginlikli elektrik enerjisinin istehsalı
• Saat generatoru
• Elektron cihazlar
• Mikrobalanslar
• Ultrasəs başlıqlarını sürün
• Ultra incə fokuslayan optik birləşmələr
• Skanlayıcı zond mikroskoplarının əsasını təşkil edir
• Atomlar miqyasında şəkilləri həll edin
• Elektron gücləndirilmiş gitaralarda pikaplar
• Müasir elektron barabanlarda tetikler
Piezoelektrik, həmçinin qaz bişirmə və isitmə cihazları, məşəllər, siqaret alışqanları və s. kimi gündəlik əşyalarda istifadə olunur. Temperatur dəyişikliyinə cavab olaraq elektrik potensialının istehsalı olan piroelektrik effekt 18-ci əsrin ortalarında Karl Linney və Frans Aepinus tərəfindən tədqiq edilmişdir. René Hauy və Antoine César Becquerelin biliklərinə əsaslanaraq, onlar mexaniki gərginlik və elektrik yükü arasında əlaqə qurdular, lakin təcrübələri nəticəsiz qaldı.
Şotlandiyanın Hunterian Muzeyində Küri Kompensatorunda piezo kristalın görünüşü birbaşa pyezoelektrik effektin nümayişidir. Pierre və Jacques Curie qardaşları piroelektrik haqqında biliklərini və əsas kristal strukturlar haqqında anlayışlarını birləşdirərək, piroelektrik proqnozunu vermək və kristal davranışını proqnozlaşdırmaq üçün istifadə etdilər. Bu, turmalin, kvars, topaz, qamış şəkəri və Roşel duzu kimi kristalların təsiri ilə nümayiş etdirildi. Natrium və kalium tartrat tetrahidrat və kvars da piezoelektrikliyi nümayiş etdirdi və deformasiya zamanı gərginlik yaratmaq üçün bir pyezoelektrik disk istifadə edildi. Ters pyezoelektrik effekti proqnozlaşdırmaq üçün bu təsir Kürilər tərəfindən çox şişirdilmişdir. Əks effekt 1881-ci ildə Gabriel Lippmann tərəfindən fundamental termodinamik prinsiplərdən riyazi olaraq çıxarılmışdır.
Kürilər əks effektin mövcudluğunu dərhal təsdiq etdilər və pyezoelektrik kristallarda elektro-elasto-mexaniki deformasiyaların tam tərsinə çevrilməsinin kəmiyyət sübutunu əldə etdilər. Pierre və Marie Curie tərəfindən polonium və radiumun kəşfində mühüm alətə çevrilənə qədər onilliklər ərzində piezoelektrik laboratoriya marağı olaraq qaldı. Onların pyezoelektrikliyi nümayiş etdirən kristal strukturları tədqiq etmək və müəyyən etmək üzrə işləri Woldemar Voigt-in “Lehrbuch der Kristallphysik” (Kristal Fizikası Dərsliyi) əsərinin nəşri ilə yekunlaşdı.
sümük
Piezoelektriklik, tətbiq olunan mexaniki gərginliyə cavab olaraq müəyyən materialların elektrik yükünü toplamaq qabiliyyətidir. Sümük bu fenomeni nümayiş etdirən belə bir materialdır.
Sümük kollagen, kalsium və fosfor da daxil olmaqla zülal və minerallardan ibarət bioloji maddə növüdür. Bütün bioloji materiallar arasında ən piezoelektrikdir və mexaniki stressə məruz qaldıqda gərginlik yarada bilir.
Sümükdə piezoelektrik effekt onun unikal quruluşunun nəticəsidir. O, mineralların matrisinə daxil edilmiş kollagen lifləri şəbəkəsindən ibarətdir. Sümük mexaniki gərginliyə məruz qaldıqda, kollagen lifləri hərəkət edərək mineralların qütbləşməsinə və elektrik yükünün yaranmasına səbəb olur.
Sümükdə piezoelektrik effekt bir sıra praktik tətbiqlərə malikdir. Sümük sınıqlarını və digər anormallıqları aşkar etmək üçün ultrasəs və rentgen görüntüləmə kimi tibbi görüntüləmədə istifadə olunur. Səs dalğalarını birbaşa daxili qulağa göndərilən elektrik siqnallarına çevirmək üçün piezoelektrik effektdən istifadə edən sümük keçirici eşitmə cihazlarında da istifadə olunur.
Sümükdəki piezoelektrik effekt süni oynaqlar və protez ətraflar kimi ortopedik implantlarda da istifadə olunur. İmplantlar mexaniki enerjini elektrik enerjisinə çevirmək üçün pyezoelektrik effektdən istifadə edir və bu da cihazı gücləndirmək üçün istifadə olunur.
Bundan əlavə, yeni tibbi müalicələrin inkişafında istifadə üçün sümükdə piezoelektrik effekt araşdırılır. Məsələn, tədqiqatçılar sümük böyüməsini stimullaşdırmaq və zədələnmiş toxumaları bərpa etmək üçün piezoelektrikdən istifadəni araşdırırlar.
Ümumilikdə, sümükdə piezoelektrik effekt geniş praktik tətbiqlərə malik maraqlı bir hadisədir. O, müxtəlif tibbi və texnoloji tətbiqlərdə istifadə olunur və yeni müalicə üsullarının hazırlanmasında istifadə üçün araşdırılır.
DNA
Piezoelektriklik, tətbiq olunan mexaniki gərginliyə cavab olaraq müəyyən materialların elektrik yükünü toplamaq qabiliyyətidir. DNT bu təsiri nümayiş etdirən belə bir materialdır. DNT bütün canlı orqanizmlərdə olan bioloji molekuldur və dörd nukleotid bazasından ibarətdir: adenin (A), guanin (G), sitozin (C) və timin (T).
DNT mexaniki stressə məruz qaldıqda elektrik yükü yaratmaq üçün istifadə edilə bilən mürəkkəb bir molekuldur. Bu, DNT molekullarının hidrogen bağları ilə bir yerdə saxlanılan iki nükleotid zəncirindən ibarət olması ilə əlaqədardır. Bu bağlar qırıldıqda elektrik yükü əmələ gəlir.
DNT-nin piezoelektrik effekti müxtəlif tətbiqlərdə istifadə edilmişdir, o cümlədən:
• Tibbi implantlar üçün elektrik enerjisi istehsalı
• Hüceyrələrdə mexaniki qüvvələrin aşkar edilməsi və ölçülməsi
• Nanoölçülü sensorların hazırlanması
• DNT ardıcıllığı üçün biosensorların yaradılması
• Təsvir üçün ultrasəs dalğalarının yaradılması
DNT-nin pyezoelektrik effekti həmçinin nanotellər və nanoborular kimi yeni materialların inkişafında potensial istifadəsi üçün araşdırılır. Bu materiallar enerjinin saxlanması və hissiyyatı daxil olmaqla müxtəlif tətbiqlər üçün istifadə edilə bilər.
DNT-nin pyezoelektrik effekti geniş şəkildə tədqiq edilmiş və mexaniki gərginliyə çox həssas olduğu müəyyən edilmişdir. Bu, onu yeni materiallar və texnologiyalar inkişaf etdirmək istəyən tədqiqatçılar və mühəndislər üçün dəyərli alətə çevirir.
Nəticə olaraq, DNT tətbiq olunan mexaniki gərginliyə cavab olaraq elektrik yükünü toplamaq qabiliyyəti olan piezoelektrik effekti nümayiş etdirən bir materialdır. Bu effekt tibbi implantlar, nanoölçülü sensorlar və DNT ardıcıllığı daxil olmaqla müxtəlif tətbiqlərdə istifadə edilmişdir. O, həmçinin nanotellər və nanoborular kimi yeni materialların inkişafında potensial istifadəsi üçün araşdırılır.
Zülallar
Piezoelektriklik, tətbiq olunan mexaniki gərginliyə cavab olaraq müəyyən materialların elektrik yükünü toplamaq qabiliyyətidir. Zülallar, kristallar, keramika kimi piezoelektrik materiallar və sümük və DNT kimi bioloji maddələr bu təsiri nümayiş etdirir. Xüsusilə zülallar unikal piezoelektrik materialdır, çünki onlar elektrik yükü yaratmaq üçün deformasiya oluna bilən amin turşularının mürəkkəb strukturundan ibarətdir.
Zülallar piezoelektrik materialın ən bol növüdür və onlar müxtəlif formalarda olur. Onlar fermentlər, hormonlar və antikorlar şəklində, həmçinin kollagen və keratin kimi struktur zülallar şəklində tapıla bilər. Zülallar əzələ zülalları şəklində də tapılır, bunlar əzələlərin büzülməsi və rahatlanmasından məsuldur.
Zülalların pyezoelektrik effekti onların amin turşularının mürəkkəb quruluşundan ibarət olması ilə əlaqədardır. Bu amin turşuları deformasiyaya uğradıqda elektrik yükü əmələ gətirirlər. Bu elektrik yükü daha sonra sensorlar və aktuatorlar kimi müxtəlif cihazları gücləndirmək üçün istifadə edilə bilər.
Zülallar müxtəlif tibbi tətbiqlərdə də istifadə olunur. Məsələn, bədəndə müəyyən zülalların varlığını aşkar etmək üçün istifadə olunur, bu da xəstəliklərin diaqnozu üçün istifadə edilə bilər. Onlar həmçinin infeksiyaların diaqnozu üçün istifadə edilə bilən müəyyən bakteriya və virusların mövcudluğunu aşkar etmək üçün istifadə olunur.
Zülallar müxtəlif sənaye tətbiqlərində də istifadə olunur. Məsələn, onlar müxtəlif sənaye prosesləri üçün sensorlar və aktuatorlar yaratmaq üçün istifadə olunur. Onlar həmçinin təyyarələrin və digər nəqliyyat vasitələrinin tikintisində istifadə oluna biləcək materiallar yaratmaq üçün istifadə olunur.
Nəticə olaraq, zülallar müxtəlif tətbiqlərdə istifadə oluna bilən unikal piezoelektrik materialdır. Onlar elektrik yükü yaratmaq üçün deformasiya edilə bilən amin turşularının mürəkkəb strukturundan ibarətdir və müxtəlif tibbi və sənaye tətbiqlərində istifadə olunur.
Piezoelektrik ilə enerji yığımı
Bu bölmədə enerji yığmaq üçün piezoelektrikdən necə istifadə olunacağını müzakirə edəcəyəm. Mən pyezoelektrik inkjet çapdan tutmuş saat generatorlarına və mikrobalanslara qədər piezoelektrikliyin müxtəlif tətbiqlərinə baxacağam. Mən həmçinin Pierre Curie tərəfindən kəşfindən İkinci Dünya Müharibəsində istifadəsinə qədər piezoelektrikliyin tarixini araşdıracağam. Nəhayət, mən piezoelektrik sənayenin hazırkı vəziyyətini və gələcək inkişaf potensialını müzakirə edəcəyəm.
Piezoelektrik Inkjet Çap
Piezoelektriklik müəyyən materialların tətbiq olunan mexaniki gərginliyə cavab olaraq elektrik yükü yaratmaq qabiliyyətidir. "Pyezoelektrik" sözü yunanca "piezein" (sıxmaq və ya sıxmaq) və elektrik yükünün qədim mənbəyi olan "elektron" (kəhrəba) sözlərindən əmələ gəlib. Kristallar, keramika kimi piezoelektrik materiallar və sümük və DNT kimi bioloji maddələr müxtəlif tətbiqlərdə istifadə olunur.
Pyezoelektrik yüksək gərginlikli elektrik enerjisi istehsal etmək üçün, saat generatoru kimi, elektron cihazlarda və mikrobalanslarda istifadə olunur. O, həmçinin ultrasəs ucluqlarını və ultra incə fokuslayan optik birləşmələri idarə etmək üçün istifadə olunur. Piezoelektrik inkjet çap bu texnologiyanın məşhur tətbiqidir. Bu, yüksək tezlikli vibrasiya yaratmaq üçün pyezoelektrik kristallardan istifadə edən və mürəkkəb damcılarını səhifəyə atmaq üçün istifadə edilən çap növüdür.
Pyezoelektrik enerjinin kəşfi 1880-ci ildə fransız fizikləri Jak və Pyer Küri effekti kəşf etdiyi vaxta təsadüf edir. O vaxtdan bəri, piezoelektrik effekt müxtəlif faydalı tətbiqlər üçün istifadə edilmişdir. Piezoelektrik qaz bişirmə və isitmə cihazları, məşəllər, siqaret alışqanları və elektron gücləndirilmiş gitaralarda pikaplar və müasir elektron barabanlardakı triggerlər kimi gündəlik əşyalarda istifadə olunur.
Pyezoelektrikdən elmi tədqiqatlarda da istifadə olunur. Bu, atomlar miqyasında şəkilləri həll etmək üçün istifadə olunan zond mikroskoplarının skan edilməsi üçün əsasdır. O, həmçinin materiala ultrasəs impulsları göndərən və kəsilmələri aşkar etmək və tökmə metal və daş obyektlərin içərisində qüsurları tapmaq üçün əksləri ölçən ultrasəs zaman domeninin reflektorlarında istifadə olunur.
Pyezoelektrik cihazların və materialların inkişafı daha yaxşı performansa və asan istehsal proseslərinə ehtiyacdan irəli gəlir. ABŞ-da kommersiya məqsədləri üçün kvars kristallarının inkişafı pyezoelektrik sənayenin böyüməsində əsas amil olmuşdur. Bunun əksinə olaraq, Yapon istehsalçıları məlumatı tez bir zamanda paylaşa və yeni proqramlar inkişaf etdirə bildilər ki, bu da Yaponiya bazarında sürətli böyüməyə səbəb oldu.
Piezoelektrik, alışqan kimi gündəlik əşyalardan qabaqcıl elmi araşdırmalara qədər enerjidən istifadə üsulumuzda inqilab etdi. Bu, bizə yeni materialları və tətbiqləri kəşf etməyə və inkişaf etdirməyə imkan verən çox yönlü bir texnologiyadır və gələcək illər üçün həyatımızın vacib bir hissəsi olmağa davam edəcəkdir.
Yüksək gərginlikli elektrik enerjisinin istehsalı
Piezoelektriklik müəyyən bərk materialların tətbiq olunan mexaniki gərginliyə cavab olaraq elektrik yükünü toplamaq qabiliyyətidir. "Pyezoelektrik" sözü yunanca "sıxmaq" və ya "basmaq" mənasını verən "piezein" və elektrik yükünün qədim mənbəyi olan "kəhrəba" mənasını verən "ēlektron" sözlərindən əmələ gəlib. Piezoelektriklik inversiya simmetriyası olan kristal materiallarda mexaniki və elektrik halları arasında xətti elektromexaniki qarşılıqlı təsirdir.
Pyezoelektrik effekt geri dönən bir prosesdir; pyezoelektrikliyi nümayiş etdirən materiallar da əks pyezoelektrik effekti, tətbiq olunan elektrik sahəsi nəticəsində yaranan mexaniki gərginliyin daxili generasiyasını nümayiş etdirir. Məsələn, qurğuşun sirkonat titanat kristalları, onların statik strukturu orijinal ölçüsündən deformasiyaya uğradıqda ölçülə bilən piezoelektrik yaradır. Əksinə, xarici elektrik sahəsi tətbiq edildikdə kristallar öz statik ölçüsünü dəyişə bilər, ultrasəs dalğalarının istehsalında istifadə olunan tərs piezoelektrik effekt kimi tanınan bir fenomen.
Pyezoelektrik effekt yüksək gərginlikli elektrik enerjisinin istehsalı da daxil olmaqla müxtəlif tətbiqlərdə istifadə olunur. Piezoelektrik materiallar səsin istehsalında və aşkarlanmasında, pyezoelektrik inkjet çapda, saat generatorlarında, elektron cihazlarda, mikrobalanslarda, sürücü ultrasəs nozzlərində və ultra incə fokuslama optik birləşmələrində istifadə olunur.
Piezoelektrik gündəlik tətbiqlərdə, məsələn, bişirmə və isitmə cihazlarında, məşəllərdə, siqaret alışqanlarında və temperatur dəyişikliyinə cavab olaraq elektrik potensialı yaradan piroelektrik effektli materiallarda qazı alovlandırmaq üçün qığılcımlar yaratmaq kimi istifadə olunur. Bu təsir 18-ci əsrin ortalarında Karl Linney və Frans Aepinus tərəfindən mexaniki gərginlik və elektrik yükü arasında əlaqə yaradan Rene Haüy və Antuan Sezar Bekkerelin biliklərinə əsaslanaraq tədqiq edildi, lakin onların təcrübələri nəticəsiz qaldı.
Piroelektrik haqqında ümumi bilik və onun altında yatan kristal strukturların başa düşülməsi piroelektrikliyin proqnozlaşdırılmasına və kristal davranışını proqnozlaşdırmaq qabiliyyətinə səbəb oldu. Bu, turmalin, kvars, topaz, qamış şəkəri və Roşel duzu kimi kristalların təsiri ilə nümayiş etdirildi. Natrium kalium tartrat tetrahidrat və kvars da pyezoelektrikliyi nümayiş etdirdi və deformasiya zamanı gərginlik yaratmaq üçün bir pyezoelektrik disk istifadə edildi. Bu, Kürilərin birbaşa piezoelektrik effekti nümayiş etdirməsində çox şişirdilmişdir.
Pierre və Jacques Curie qardaşları pyezoelektrik kristallarda elektro-elasto-mexaniki deformasiyaların tam tərsinə çevrilməsinin kəmiyyət sübutunu əldə etməyə davam etdilər. Onilliklər ərzində pyezoelektrik laboratoriya marağı olaraq qaldı, lakin Pierre və Marie Curie tərəfindən polonium və radiumun kəşfində mühüm vasitə oldu. Onların pyezoelektrikliyi nümayiş etdirən kristal strukturları tədqiq etmək və müəyyən etmək üzrə işləri Voldemar Voigtin Lehrbuch der Kristallphysik (Kristal Fizikası Dərsliyi) əsərinin nəşri ilə yekunlaşdı, bu əsər piezoelektrikliyə qadir təbii kristal siniflərini təsvir etdi və pyezoelektrik sabitlərdən istifadə edərək ciddi şəkildə müəyyən etdi.
Pyezoelektrik cihazların praktiki tətbiqi Birinci Dünya Müharibəsi illərində sonarın inkişafı ilə başladı. Fransada Pol Lanqevin və onun əməkdaşları ultrasəs sualtı detektoru hazırladılar. Detektor polad lövhələrə diqqətlə yapışdırılmış nazik kvars kristallarından hazırlanmış çeviricidən və geri qaytarılan əks-sədanı aşkar etmək üçün hidrofondan ibarət idi. Transduserdən yüksək tezlikli impuls buraxaraq və cisimdən sıçrayan səs dalğalarının əks-sədasını eşitmək üçün lazım olan vaxtı ölçərək, onlar obyektin məsafəsini hesablaya biliblər. Sonarın uğur qazanması üçün onlar piezoelektrikdən istifadə etdilər və layihə sonrakı onilliklərdə piezoelektrik cihazlara intensiv inkişaf və maraq yaratdı.
Yeni piezoelektrik materiallar və bu materiallar üçün yeni tətbiqlər tədqiq və inkişaf etdirildi. Pyezoelektrik qurğular keramika fonoqraf patronları kimi müxtəlif sahələrdə evlər tapdı, bu da pleyer dizaynını sadələşdirdi və daha ucuz, daha dəqiq saxlanılması daha ucuz və qurulması asan olan pleyerlər etdi. Ultrasəs çeviricilərinin inkişafı mayelərin və bərk cisimlərin özlülüyünü və elastikliyini asanlıqla ölçməyə imkan verdi, nəticədə materialların tədqiqatında böyük irəliləyişlər oldu. Ultrasəs zaman domeninin reflektometrləri materiala ultrasəs impuls göndərir və tökmə metal və daş obyektlərin içərisində qüsurları tapmaq üçün əksləri və kəsilmələri ölçür, struktur təhlükəsizliyini artırır.
İkinci Dünya Müharibəsi ABŞ, Rusiya və Yaponiyadakı müstəqil tədqiqat qruplarının fer adlı yeni sintetik material sinfini kəşf etdiyini gördü.
Saat generatoru
Piezoelektriklik, tətbiq olunan mexaniki gərginliyə cavab olaraq müəyyən materialların elektrik yükünü toplamaq qabiliyyətidir. Bu fenomen bir sıra faydalı proqramlar, o cümlədən saat generatorları yaratmaq üçün istifadə edilmişdir. Saat generatorları, dəqiq vaxtlama ilə elektrik siqnalları yaratmaq üçün piezoelektrikdən istifadə edən cihazlardır.
Saat generatorları kompüterlər, telekommunikasiyalar və avtomobil sistemləri kimi müxtəlif tətbiqlərdə istifadə olunur. Onlar həmçinin elektrik siqnallarının dəqiq vaxtını təmin etmək üçün kardiostimulyator kimi tibbi cihazlarda istifadə olunur. Saat generatorları, həmçinin dəqiq vaxtın vacib olduğu sənaye avtomatlaşdırma və robot texnikasında istifadə olunur.
Pyezoelektrik effekt inversiya simmetriyası olan kristal materiallarda mexaniki və elektrik halları arasında xətti elektromexaniki qarşılıqlı təsirə əsaslanır. Bu təsir geri çevrilir, yəni pyezoelektrikliyi nümayiş etdirən materiallar elektrik sahəsi tətbiq edildikdə mexaniki gərginlik də yarada bilər. Bu tərs piezoelektrik effekt kimi tanınır və ultrasəs dalğaları yaratmaq üçün istifadə olunur.
Saat generatorları dəqiq vaxtlama ilə elektrik siqnalları yaratmaq üçün bu tərs piezoelektrik effektdən istifadə edirlər. Pyezoelektrik material müəyyən bir tezlikdə titrəməsinə səbəb olan bir elektrik sahəsi ilə deformasiya olunur. Bu vibrasiya daha sonra dəqiq vaxt siqnalı yaratmaq üçün istifadə olunan elektrik siqnalına çevrilir.
Saat generatorları tibbi cihazlardan tutmuş sənaye avtomatlaşdırılmasına qədər müxtəlif tətbiqlərdə istifadə olunur. Onlar etibarlı, dəqiq və istifadəsi asandır, bu da onları bir çox proqramlar üçün məşhur seçim edir. Piezoelektrik müasir texnologiyanın mühüm hissəsidir və saat generatorları bu fenomenin çoxsaylı tətbiqlərindən yalnız biridir.
Elektron cihazlar
Piezoelektriklik müəyyən bərk materialların tətbiq olunan mexaniki gərginliyə cavab olaraq elektrik yükünü toplamaq qabiliyyətidir. Pyezoelektrik effekt kimi tanınan bu fenomen elektron gücləndirilmiş gitaralardakı pikaplardan tutmuş müasir elektron barabanlardakı triggerlərə qədər müxtəlif elektron cihazlarda istifadə olunur.
Piezoelektrik yunanca “sıxmaq” və ya “basın” mənasını verən πιέζειν (piezein) və elektrik yükünün qədim mənbəyi olan “kəhrəba” mənasını verən ἤλεκτρον (ēlektron) sözlərindən əmələ gəlib. Pyezoelektrik materiallar kristallar, keramika və pyezoelektrik effekt nümayiş etdirən sümük və DNT zülalları kimi bioloji maddələrdir.
Pyezoelektrik effekt inversiya simmetriyası olan kristal materiallarda mexaniki və elektrik vəziyyətləri arasında xətti elektromexaniki qarşılıqlı təsirdir. Bu, geri dönən bir prosesdir, yəni pyezoelektrik effekti nümayiş etdirən materiallar eyni zamanda tətbiq olunan elektrik sahəsi nəticəsində yaranan mexaniki gərginliyin daxili istehsalı olan əks pyezoelektrik effekti də nümayiş etdirir. Məsələn, qurğuşun sirkonat titanat kristalları, onların statik strukturu orijinal ölçüsündən deformasiyaya uğradıqda ölçülə bilən piezoelektrik yaradır. Əksinə, xarici elektrik sahəsi tətbiq edildikdə kristallar öz statik ölçüsünü dəyişə bilər, ultrasəs dalğalarının istehsalında istifadə olunan tərs piezoelektrik effekt kimi tanınan bir fenomen.
Pyezoelektrikliyin kəşfi 1880-ci ildə birbaşa pyezoelektrik effekti nümayiş etdirən fransız fizikləri Pierre və Jacques Curie-ə aiddir. Onların piroelektrik haqqında birləşmiş bilikləri və əsas kristal strukturları başa düşmələri piroelektrik effektin proqnozlaşdırılması qabiliyyətinin proqnozlaşdırılmasına səbəb oldu və kristal davranışı turmalin, kvars, topaz, qamış şəkəri və Roşel duzu kimi kristalların təsiri ilə nümayiş etdirildi.
Piezoelektrik, yemək bişirmə və isitmə cihazlarında, məşəllərdə, siqaret alışqanlarında və temperatur dəyişikliyinə cavab olaraq elektrik potensialı yaradan piroelektrik effektli materiallarda qazı alovlandırmaq üçün qığılcımlar yaratmaq kimi müxtəlif gündəlik tətbiqlərdə istifadə edilmişdir. Bu, 18-ci əsrin ortalarında Karl Linney və Frans Aepinus tərəfindən mexaniki gərginlik və elektrik yükü arasında əlaqə yaradan René Haüy və Antuan Sezar Bekkerelin biliklərinə əsaslanaraq öyrənilmişdir. Bununla belə, Şotlandiyadakı Küri kompensator muzeyində bir piezo kristalın görünüşü Küri qardaşlarının birbaşa piezoelektrik effektini nümayiş etdirənə qədər təcrübələr nəticəsiz qaldı.
Piezoelektrik müxtəlif elektron cihazlarda, elektron gücləndirilmiş gitaralarda pikaplardan tutmuş müasir elektron barabanlardakı triggerlərə qədər istifadə olunur. O, həmçinin səsin istehsalında və aşkarlanmasında, pyezoelektrik inkjet çapda, yüksək gərginlikli elektrik enerjisinin istehsalında, saat generatorlarında, mikrotarazlıqlarda, sürücü ultrasəs ucluqlarında və ultra incə fokuslama optik birləşmələrində istifadə olunur. Piezoelektriklik, həmçinin atomların miqyasında şəkilləri həll etmək üçün istifadə olunan zond mikroskoplarının skan edilməsi üçün əsasdır.
Mikrobalanslar
Piezoelektriklik müəyyən bərk materialların tətbiq olunan mexaniki gərginliyə cavab olaraq elektrik yükünü toplamaq qabiliyyətidir. Piezoelektrik yunanca “sıxmaq” və ya “basın” mənasını verən πιέζειν (piezein) və elektrik yükünün qədim mənbəyi olan “kəhrəba” mənasını verən ἤλεκτρον (ēlektron) sözlərindən əmələ gəlib.
Piezoelektrik müxtəlif gündəlik tətbiqlərdə istifadə olunur, məsələn, yemək bişirmək və isitmə cihazları, məşəllər, siqaret alışqanları və s. üçün qazı alovlandırmaq üçün qığılcımlar yaratmaq. O, həmçinin səsin istehsalında və aşkarlanmasında, piezoelektrik inkjet çapda istifadə olunur.
Pyezoelektrik yüksək gərginlikli elektrik enerjisi istehsal etmək üçün də istifadə olunur və mikrobalans kimi saat generatorlarının və elektron cihazların əsasını təşkil edir. Piezoelektrik həmçinin ultrasəs nozzle və ultra incə fokuslama optik birləşmələri idarə etmək üçün istifadə olunur.
Pyezoelektrikliyin kəşfi 1880-ci ildə fransız fizikləri Jak və Pyer Küriyə verilmişdir. Küri qardaşları piroelektrik haqqında biliklərini və əsas kristal strukturlar haqqında anlayışlarını birləşdirərək pyezoelektrik anlayışını ortaya qoydular. Onlar kristalın davranışını proqnozlaşdıra bildilər və turmalin, kvars, topaz, qamış şəkəri və Roşel duzu kimi kristallarda təsirini nümayiş etdirdilər.
Pyezoelektrik effektdən faydalı tətbiqlər, o cümlədən səsin istehsalı və aşkarlanması üçün istifadə edilmişdir. Birinci Dünya Müharibəsi zamanı sonarın inkişafı pyezoelektrikdən istifadədə böyük bir irəliləyiş oldu. İkinci Dünya Müharibəsindən sonra ABŞ, Rusiya və Yaponiyadakı müstəqil tədqiqat qrupları təbii materiallardan on dəfəyə qədər yüksək piezoelektrik sabitləri nümayiş etdirən ferroelektrik adlanan yeni sintetik materiallar sinfini kəşf etdilər.
Bu, xüsusi tətbiqlər üçün xüsusi xüsusiyyətlərə malik olan barium titanat və daha sonra qurğuşun sirkonat titanat materiallarının intensiv tədqiqatına və inkişafına səbəb oldu. Piezoelektrik kristalların istifadəsinin əhəmiyyətli bir nümunəsi İkinci Dünya Müharibəsindən sonra Bell Telefon Laboratoriyalarında hazırlanmışdır.
Frederick R. Lack, radiotelefoniya mühəndisliyi şöbəsində işləyən, geniş temperatur diapazonunda işləyən kəsilmiş kristal hazırladı. Lack kristalının təyyarələrdə istifadəsini asanlaşdıran əvvəlki kristalların ağır aksesuarlarına ehtiyacı yox idi. Bu inkişaf Müttəfiq Hərbi Hava Qüvvələrinə aviasiya radiosundan istifadə edərək koordinasiyalı kütləvi hücumlarla məşğul olmağa imkan verdi.
Birləşmiş Ştatlarda piezoelektrik cihazların və materialların inkişafı bir neçə şirkəti biznesdə saxladı və kvars kristallarının inkişafı kommersiya baxımından istifadə edildi. Piezoelektrik materiallar o vaxtdan tibbi görüntüləmə, ultrasəs təmizləmə və s. daxil olmaqla müxtəlif tətbiqlərdə istifadə edilmişdir.
Sürücü Ultrasonik Nozzle
Piezoelektrik kristallar, keramika və sümük və DNT kimi bioloji maddələr kimi müəyyən bərk materiallarda toplanan elektrik yüküdür. O, tətbiq olunan mexaniki gərginliyə cavabdır və yunanca “sıxmaq” və ya “press” mənasını verən “piezein” və qədim elektrik yükü mənbəyi olan “kəhrəba” mənasını verən “elektron” sözlərindən əmələ gəlib.
Pyezoelektrik effekt inversiya simmetriyası olan kristal materialların mexaniki və elektrik halları arasında xətti elektromexaniki qarşılıqlı təsirdir. Bu, geri dönən bir prosesdir, yəni pyezoelektrik effekti nümayiş etdirən materiallar eyni zamanda tətbiq olunan elektrik sahəsi nəticəsində yaranan mexaniki gərginliyin daxili istehsalı olan əks pyezoelektrik effekti də nümayiş etdirir. Buna misal olaraq qurğuşun zirkonat titanat kristallarını göstərmək olar ki, onların statik strukturu orijinal ölçüsündən deformasiyaya uğradıqda ölçülə bilən pyezoelektrik əmələ gəlir. Əksinə, xarici elektrik sahəsi tətbiq edildikdə, kristallar statik ölçülərini dəyişir, nəticədə ultrasəs dalğalarının istehsalı olan tərs piezoelektrik effekt yaranır.
Fransız fizikləri Jacques və Pierre Curie 1880-ci ildə piezoelektrikliyi kəşf etdilər və o vaxtdan səsin istehsalı və aşkarlanması da daxil olmaqla, müxtəlif faydalı tətbiqlər üçün istifadə edildi. Piezoelektrik, həmçinin yemək bişirmə və isitmə cihazlarında, məşəllərdə, siqaret alışqanlarında və sairdə qazı alovlandırmaq üçün qığılcımlar yaratmaq kimi gündəlik istifadəni də tapır.
Temperatur dəyişikliyinə cavab olaraq elektrik potensialı yaradan material olan piroelektrik effekti Karl Linney, Frans Aepinus və 18-ci əsrin ortalarında Rene Hauy və Antuan Sezar Bekkerel mexaniki gərginlik ilə mexaniki gərginlik arasındakı əlaqəni ortaya qoymuşlar. elektrik yükü. Bunu sübut etmək üçün aparılan təcrübələr nəticəsiz qaldı.
Şotlandiyanın Hunterian Muzeyində Küri Kompensatorunda piezo kristalın görünüşü Pierre və Jacques Curie qardaşlarının birbaşa piezoelektrik effektinin nümayişidir. Piroelektrik haqqında biliklərini birləşdirmək və əsas kristal strukturları başa düşmək piroelektrik proqnozuna səbəb oldu və onlara kristal davranışını proqnozlaşdırmağa imkan verdi. Bu, turmalin, kvars, topaz, qamış şəkəri və Roşel duzu kimi kristalların təsiri ilə nümayiş etdirildi. Natrium və kalium tartrat tetrahidrat və kvars da piezoelektrikliyi nümayiş etdirdi və deformasiya zamanı gərginlik yaratmaq üçün bir pyezoelektrik disk istifadə edildi. Bu, 1881-ci ildə Qabriel Lippmann tərəfindən fundamental termodinamik prinsiplərdən riyazi olaraq çıxarılan əks pyezoelektrik effekti proqnozlaşdırmaq üçün Kürilər tərəfindən çox şişirdilib.
Kürilər əks effektin mövcudluğunu dərhal təsdiq etdilər və pyezoelektrik kristallarda elektro-elasto-mexaniki deformasiyaların tam tərsinə çevrilməsinin kəmiyyət sübutunu əldə etdilər. Onilliklər ərzində pyezoelektrik laboratoriya marağı olaraq qaldı, lakin Pierre və Marie Curie tərəfindən piezoelektrik nümayiş etdirən kristal strukturları tədqiq etmək və müəyyən etmək üçün işlərində polonium və radiumun kəşfində mühüm vasitə oldu. Bu, Woldemar Voigtin "Lehrbuch der Kristallphysik" (Kristal Fizikası Dərsliyi) əsərinin nəşri ilə nəticələndi, burada pyezoelektrikliyə qadir olan təbii kristal sinifləri təsvir edilmiş və tenzor analizi vasitəsilə pyezoelektrik sabitləri ciddi şəkildə müəyyən edilmişdir.
Pyezoelektrik cihazların praktiki tətbiqi Birinci Dünya Müharibəsi zamanı yaradılmış sonarla başladı. Fransada Pol Lanqevin və onun əməkdaşları ultrasəs sualtı detektoru hazırladılar. Detektor yüksək tezlikli impuls buraxdıqdan sonra geri qaytarılan əks-sədanı aşkar etmək üçün hidrofon adlanan polad lövhələrə diqqətlə yapışdırılmış nazik kvars kristallarından hazırlanmış çeviricidən ibarət idi. Obyektdən sıçrayan səs dalğalarının əks-sədasını eşitmək üçün lazım olan vaxtı ölçməklə, onlar obyektin məsafəsini hesablaya bildilər. Sonarda piezoelektrikdən bu şəkildə istifadə uğurlu oldu və layihə onilliklər ərzində piezoelektrik cihazlara intensiv inkişaf və maraq yaratdı.
Yeni pyezoelektrik materiallar və bu materiallar üçün yeni tətbiqlər tədqiq edildi və inkişaf etdirildi və pyezoelektrik cihazlar keramika fonoqraf patronları kimi sahələrdə evlər tapdı, bu da pleyer dizaynını sadələşdirdi və daha ucuz, daha dəqiq saxlanılması daha ucuz olan və qurulması daha asan səsyazma pleyerləri etdi. . Ultrasəs çeviricilərinin inkişafı mayelərin və bərk cisimlərin özlülüyünü və elastikliyini asanlıqla ölçməyə imkan verdi, nəticədə materialların tədqiqatında böyük irəliləyişlər oldu. Ultrasəs zaman zonası reflektometrləri material vasitəsilə ultrasəs impuls göndərir və tökmə metal və daş obyektlərin içərisində qüsurları tapmaq üçün əksləri və kəsilmələri ölçür.
Ultra incə Fokuslama Optik Assambleyaları
Piezoelektriklik müəyyən materialların mexaniki gərginliyə məruz qaldıqda elektrik yükünü toplamaq qabiliyyətidir. İnversiya simmetriyası olan kristal materialların elektrik və mexaniki halları arasında xətti elektromexaniki qarşılıqlı təsirdir. Piezoelektrik geri dönən bir prosesdir, yəni pyezoelektrikliyi nümayiş etdirən materiallar eyni zamanda tətbiq olunan elektrik sahəsi nəticəsində yaranan mexaniki gərginliyin daxili istehsalı olan əks pyezoelektrik effekti də nümayiş etdirir.
Piezoelektrik müxtəlif tətbiqlərdə, o cümlədən səsin istehsalı və aşkarlanması və yüksək gərginlikli elektrik enerjisinin istehsalı üçün istifadə edilmişdir. Piezoelektrik həmçinin inkjet çapda, saat generatorlarında, elektron cihazlarda, mikrobalanslarda, sürücü ultrasəs nozzlelərində və ultra incə fokuslanmalı optik birləşmələrdə istifadə olunur.
Pyezoelektrik 1880-ci ildə fransız fizikləri Jak və Pyer Küri tərəfindən kəşf edilmişdir. Pyezoelektrik effektdən səsin istehsalı və aşkarlanması, yüksək gərginlikli elektrik enerjisinin istehsalı kimi faydalı tətbiqlərdə istifadə olunur. Piezoelektrik inkjet çap, həmçinin saat generatorları, elektron cihazlar, mikrobalanslar, sürücü ultrasəs nozzləri və ultra incə fokuslama optik birləşmələri də istifadə olunur.
Piezoelektrik gündəlik istifadədə öz yolunu tapdı, məsələn, bişirmə və isitmə cihazları, məşəllər, siqaret alışqanları və temperatur dəyişikliyinə cavab olaraq elektrik potensialı yaradan piroelektrik effektli materiallar üçün qazı alovlandırmaq üçün qığılcımlar yaratmaq. Bu təsir 18-ci əsrin ortalarında Karl Linnaeus və Frans Aepinus tərəfindən mexaniki gərginlik və elektrik yükü arasında əlaqə yaradan René Haüy və Antuan Sezar Bekkerelin biliklərinə əsaslanaraq öyrənilmişdir. Təcrübələr nəticəsiz qaldı.
Şotlandiyanın Hunterian Muzeyində Küri Kompensatorunda piezo kristalın görünüşü Pierre və Jacques Curie qardaşlarının birbaşa piezoelektrik effektinin nümayişidir. Piroelektrik haqqında bilikləri və əsas kristal strukturları başa düşmələri ilə birlikdə, onlar piroelektrikliyin proqnozlaşdırılmasına və kristal davranışını proqnozlaşdırmaq qabiliyyətinə səbəb oldular. Bu, turmalin, kvars, topaz, qamış şəkəri və Roşel duzu kimi kristalların təsirində nümayiş etdirildi.
Natrium və kalium tartrat tetrahidrat, kvars və Roşel duzu pyezoelektrik nümayiş etdirdi və forma dəyişikliyi çox şişirdilmiş olsa da, deformasiya zamanı gərginlik yaratmaq üçün bir pyezoelektrik disk istifadə edildi. Kürilər əks pyezoelektrik effekti proqnozlaşdırdılar və əks effekt 1881-ci ildə Qabriel Lippman tərəfindən fundamental termodinamik prinsiplərdən riyazi olaraq çıxarıldı. Kürilər tərs effektin mövcudluğunu dərhal təsdiq etdilər və elektro-elektrik effektinin tam tərsinə çevrilməsinin kəmiyyət sübutunu əldə etməyə davam etdilər. pyezoelektrik kristallarda elasto-mexaniki deformasiyalar.
Pierre və Marie Curie tərəfindən polonium və radiumun kəşfində mühüm alətə çevrilənə qədər onilliklər ərzində piezoelektrik laboratoriya marağı olaraq qaldı. Onların pyezoelektrikliyi nümayiş etdirən kristal strukturları tədqiq etmək və müəyyən etmək üzrə işləri Woldemar Voigt-in Lehrbuch der Kristallphysik (Kristal Fizikası Dərsliyi) nəşri ilə yekunlaşdı. Bu, pyezoelektrik qabiliyyətinə malik təbii kristal siniflərini təsvir etdi və pyezoelektrik cihazların praktik tətbiqi üçün tensor analizindən istifadə edərək pyezoelektrik sabitləri ciddi şəkildə müəyyənləşdirdi.
Sonarın inkişafı pyezoelektrik cihazlara intensiv inkişaf və maraq yaradan uğurlu layihə idi. Onilliklər sonra, yeni piezoelektrik materiallar və bu materiallar üçün yeni tətbiqlər araşdırıldı və inkişaf etdirildi. Pyezoelektrik qurğular keramika fonoqraf patronları kimi müxtəlif sahələrdə evlər tapdı, bu da pleyer dizaynını sadələşdirdi və pleyerləri daha ucuz və saxlanması və qurulmasını asanlaşdırdı. Ultrasəs çeviricilərinin inkişafı mayelərin və bərk cisimlərin özlülüyünü və elastikliyini asanlıqla ölçməyə imkan verdi, nəticədə materialların tədqiqində böyük irəliləyişlər oldu. Ultrasəs zaman domeninin reflektometrləri materiala ultrasəs impuls göndərir və tökmə metal və daş obyektlərin içərisində qüsurları tapmaq üçün əksləri və kəsilmələri ölçür, struktur təhlükəsizliyini artırır.
Pyezoelektrik maraq sahəsinin başlanğıcı kvars kristallarından hazırlanmış və kommersiya baxımından piezoelektrik material kimi istifadə edilən yeni materialların sərfəli patentləri ilə təmin edildi. Elm adamları daha yüksək performanslı materiallar axtardılar və materiallarda irəliləyişlərə və istehsal proseslərinin yetişməsinə baxmayaraq, ABŞ bazarı sürətlə böyümədi. Bunun əksinə olaraq, Yapon istehsalçıları məlumatı sürətlə paylaşdılar və ABŞ-ın piezoelektrik sənayesində artım üçün yeni tətbiqlər Yapon istehsalçılarından fərqli olaraq zərər gördü.
Piezoelektrik Mühərriklər
Bu bölmədə müasir texnologiyada piezoelektrikdən necə istifadə olunduğundan danışacağam. Atom miqyasında şəkilləri həll edə bilən skan edən zond mikroskoplarından tutmuş elektron gücləndirilmiş gitaralar üçün pikaplara və müasir elektron barabanlar üçün tetikleyicilərə qədər, piezoelektrik bir çox cihazın ayrılmaz hissəsinə çevrilmişdir. Mən piezoelektrikliyin tarixini və onun müxtəlif tətbiqlərdə necə istifadə edildiyini araşdıracağam.
Taranan Zond Mikroskoplarının Formaları Əsası
Piezoelektrik kristallar, keramika və sümük və DNT kimi bioloji maddələr kimi müəyyən bərk materiallarda toplanan elektrik yüküdür. Bu, tətbiq olunan mexaniki gərginliyə cavabdır və piezoelektrik sözü yunan dilində “sıxmaq” və ya “basın” mənasını verən πιέζειν (piezein) və elektrik yükünün qədim mənbəyi olan “kəhrəba” mənasını verən ἤλεκτρον (ēlektron) sözündən gəlir.
Piezoelektrik mühərriklər hərəkət yaratmaq üçün piezoelektrik effektdən istifadə edən cihazlardır. Bu təsir inversiya simmetriyası olan kristal materiallarda mexaniki və elektrik halları arasında xətti elektromexaniki qarşılıqlı təsirdir. Bu, geri dönən bir prosesdir, yəni pyezoelektrik effekti nümayiş etdirən materiallar eyni zamanda tətbiq olunan elektrik sahəsi nəticəsində yaranan mexaniki gərginliyin daxili istehsalı olan əks pyezoelektrik effekti də nümayiş etdirir. Ölçülə bilən pyezoelektrik əmələ gətirən materiallara misal olaraq qurğuşun zirkonat titanat kristallarını göstərmək olar.
Pyezoelektrik effektdən səsin istehsalı və aşkarlanması, pyezoelektrik inkjet çap, yüksək gərginlikli elektrik enerjisinin istehsalı, saat generatorları və ultra incə fokuslanmalı optik birləşmələr üçün mikrobalanslar və sürücü ultrasəs nozzləri kimi elektron cihazlar kimi faydalı tətbiqlərdə istifadə olunur. O, həmçinin atomların miqyasında şəkilləri həll etmək üçün istifadə olunan skan edən zond mikroskoplarının əsasını təşkil edir.
Pyezoelektrik 1880-ci ildə fransız fizikləri Jak və Pyer Küri tərəfindən kəşf edilmişdir. Pyezo kristalın və Küri kompensatorunun görünüşünü Şotlandiyanın Hunterian Muzeyində görmək olar ki, bu da Pierre və Jacques Curie qardaşlarının birbaşa piezoelektrik effektinin nümayişidir.
Piroelektrik haqqında biliklərini və əsas kristal strukturları başa düşmələrini birləşdirərək, kristal davranışını proqnozlaşdırmağa imkan verən piroelektrik proqnozuna səbəb oldu. Bu, turmalin, kvars, topaz, qamış şəkəri və Roşel duzu kimi kristalların təsiri ilə nümayiş etdirildi. Natrium və kalium tartrat tetrahidrat, kvars və Roşel duzu pyezoelektrikliyi nümayiş etdirdi və deformasiyaya uğradıqda gərginlik yaratmaq üçün bir pyezoelektrik disk istifadə edildi, baxmayaraq ki, bu Curies tərəfindən çox şişirdilmişdir.
Onlar həmçinin əks pyezoelektrik effekti proqnozlaşdırdılar və bu, 1881-ci ildə Qabriel Lippman tərəfindən fundamental termodinamik prinsiplərdən riyazi olaraq çıxarıldı. Kürilər əks effektin mövcudluğunu dərhal təsdiq etdilər və elektro-elasto-elektrik effektin tam tərsinə çevrilməsinin kəmiyyət sübutunu əldə etməyə davam etdilər. pyezoelektrik kristallarda mexaniki deformasiyalar.
Pierre və Marie Curie tərəfindən polonium və radiumun kəşfində mühüm alətə çevrilənə qədər onilliklər ərzində piezoelektrik laboratoriya marağı olaraq qaldı. Onların pyezoelektrikliyi nümayiş etdirən kristal strukturlarını tədqiq etmək və müəyyən etmək üzrə işləri Voldemar Voigtin “Lehrbuch der Kristallphysik” (Kristal Fizikası Dərsliyi) əsərinin nəşri ilə yekunlaşdı ki, bu əsər piezoelektrik qabiliyyətinə malik təbii kristal siniflərini təsvir edir və pyezoelektrik analizləri və tensor sabitləri ciddi şəkildə müəyyənləşdirir.
Bu, Birinci Dünya Müharibəsi zamanı hazırlanmış sonar kimi pyezoelektrik cihazların praktiki tətbiqinə gətirib çıxardı. Fransada Pol Lanqevin və onun əməkdaşları ultrasəsli sualtı detektor hazırladılar. Bu detektor polad lövhələrə diqqətlə yapışdırılmış nazik kvars kristallarından hazırlanmış çeviricidən və transduserdən yüksək tezlikli impuls buraxdıqdan sonra geri qaytarılan əks-sədanı aşkar etmək üçün hidrofondan ibarət idi. Bir cisimdən sıçrayan səs dalğalarının əks-sədasını eşitmək üçün lazım olan vaxtı ölçərək, cismin məsafəsini hesablaya bildilər. Onlar bu sonarı müvəffəqiyyətli etmək üçün piezoelektrikdən istifadə etdilər və layihə onilliklər ərzində piezoelektrik cihazlara intensiv inkişaf və maraq yaratdı.
Yeni piezoelektrik materiallar və bu materiallar üçün yeni tətbiqlər tədqiq edildi və inkişaf etdirildi və pyezoelektrik cihazlar keramika fonoqraf patronları kimi bir çox sahədə ev tapdı, bu da pleyer dizaynını sadələşdirdi və daha ucuz və daha dəqiq saxlanılması daha ucuz olan və daha dəqiq səsyazma pleyerləri etdi. tikmək. Ultrasəs çeviricilərinin inkişafı mayelərin və bərk cisimlərin özlülüyünü və elastikliyini asanlıqla ölçməyə imkan verdi, nəticədə materialların tədqiqatında böyük irəliləyişlər oldu. Ultrasəs zaman domeninin reflektometrləri materiala ultrasəs impuls göndərir və tökmə metal və daş obyektlərin içərisində qüsurları tapmaq üçün əksləri və kəsilmələri ölçür, struktur təhlükəsizliyini artırır.
İkinci Dünya Müharibəsi zamanı Birləşmiş Ştatlarda müstəqil tədqiqat qrupları
Şəkilləri Atomlar Ölçüsü ilə həll edin
Piezoelektrik kristallar, keramika və sümük və DNT kimi bioloji maddələr kimi müəyyən bərk materiallarda toplanan elektrik yüküdür. Bu, tətbiq olunan mexaniki gərginliyə cavabdır və yunan sözündən yaranıb, sıxmaq və ya sıxmaq mənasını verən 'piezein'. Pyezoelektrik effekt inversiya simmetriyası olan kristal materiallarda mexaniki və elektrik vəziyyətləri arasında xətti elektromexaniki qarşılıqlı təsir nəticəsində yaranır.
Pyezoelektrik geri dönən bir prosesdir və pyezoelektrik effekti nümayiş etdirən materiallar eyni zamanda tətbiq olunan elektrik sahəsi nəticəsində yaranan mexaniki gərginliyin daxili istehsalı olan əks pyezoelektrik effekti də nümayiş etdirir. Buna misal olaraq qurğuşun zirkonat titanat kristallarını göstərmək olar ki, onların statik strukturu ilkin ölçüsündən deformasiyaya uğradıqda ölçülə bilən pyezoelektrik yaradır. Əksinə, tərs piezoelektrik effekt kimi tanınan və ultrasəs dalğalarının istehsalında istifadə olunan xarici elektrik sahəsi tətbiq edildikdə kristallar statik ölçülərini dəyişir.
Fransız fizikləri Jacques və Pierre Curie 1880-ci ildə piezoelektrik enerjini kəşf etdilər. Pyezoelektrik effekt müxtəlif faydalı tətbiqlər üçün, o cümlədən səsin istehsalı və aşkarlanması, piezoelektrik mürəkkəb püskürtmə çapı, yüksək gərginlikli elektrik enerjisinin istehsalı, saat generatorları və kimi elektron cihazlar üçün istifadə edilmişdir. mikrobalans və sürücü ultrasəs nozzle. O, həmçinin atomların miqyasında şəkilləri həll etmək üçün istifadə olunan skan edən zond mikroskoplarının əsasını təşkil edir.
Piezoelektrik gündəlik tətbiqlərdə də istifadə olunur, məsələn, yemək bişirmə və isitmə cihazlarında, məşəllərdə, siqaret alışqanlarında və sairdə qazı alovlandırmaq üçün qığılcımlar yaratmaq. Temperaturun dəyişməsinə cavab olaraq elektrik potensialı yaradan material olan piroelektrik effekt 18-ci əsrin ortalarında Karl Linney və Frans Aepin tərəfindən tədqiq edilmişdir. René Hauy və Antoine César Becquerelin biliklərinə əsaslanaraq, onlar mexaniki gərginlik və elektrik yükü arasında əlaqə qurdular, lakin təcrübələri nəticəsiz qaldı.
Qlazqodakı Ovçular Muzeyinin ziyarətçiləri Pierre və Jacques Curie qardaşlarının birbaşa piezoelektrik effektinin nümayişi olan piezo kristal Küri kompensatoruna baxa bilərlər. Piroelektrik haqqında bilikləri və əsas kristal strukturları başa düşmələri ilə birləşərək, onlar piroelektrikliyin proqnozlaşdırılmasına və kristal davranışını proqnozlaşdırmaq qabiliyyətinə səbəb oldular. Bu, turmalin, kvars, topaz, qamış şəkəri və Roşel duzu kimi kristalların təsiri ilə nümayiş etdirildi. Natrium və kalium tartrat tetrahidrat, kvars və Rochelle duzu pyezoelektrikliyi nümayiş etdirdi və pyezoelektrik disk deformasiya edildikdə gərginlik yaradır, baxmayaraq ki, forma dəyişməsi çox şişirdilmişdir. Kürilər əks pyezoelektrik effekti proqnozlaşdıra bildilər və əks effekt 1881-ci ildə Gabriel Lippmann tərəfindən fundamental termodinamik prinsiplərdən riyazi olaraq çıxarıldı.
Kürilər əks effektin mövcudluğunu dərhal təsdiq etdilər və pyezoelektrik kristallarda elektro-elasto-mexaniki deformasiyaların tam tərsinə çevrilməsinin kəmiyyət sübutunu əldə etdilər. Onilliklər ərzində pyezoelektrik laboratoriya marağı olaraq qaldı, lakin Pierre və Marie Curie tərəfindən polonium və radiumun kəşfində mühüm vasitə oldu. Onların pyezoelektrikliyi nümayiş etdirən kristal strukturları tədqiq etmək və müəyyən etmək üzrə işləri Woldemar Voigtin Lehrbuch der Kristallphysik (Kristal Fizikası Dərsliyi) nəşri ilə yekunlaşdı.
Pikaplar Elektron Gücləndirilmiş Gitaralar
Piezoelektrik mühərriklər elektrik enerjisini mexaniki enerjiyə çevirmək üçün piezoelektrik effektdən istifadə edən elektrik mühərrikləridir. Pyezoelektrik effekt müəyyən materialların mexaniki gərginliyə məruz qaldıqda elektrik yükü yaratmaq qabiliyyətidir. Pyezoelektrik mühərriklər saatlar və saatlar kimi kiçik cihazları gücləndirməkdən tutmuş robotlar və tibbi avadanlıqlar kimi daha böyük maşınları işə salmağa qədər müxtəlif tətbiqlərdə istifadə olunur.
Piezoelektrik mühərriklər elektron gücləndirilmiş gitaralarda istifadə olunur. Bu pikaplar gitara simlərinin vibrasiyasını elektrik siqnalına çevirmək üçün piezoelektrik effektdən istifadə edir. Sonra bu siqnal gücləndirilir və gitara səsini yaradan gücləndiriciyə göndərilir. Piezoelektrik pikaplar müasir elektron barabanlarda da istifadə olunur, burada baraban başlarının vibrasiyasını aşkar etmək və onları elektrik siqnalına çevirmək üçün istifadə olunur.
Piezoelektrik mühərriklər, həmçinin kiçik bir zond səthində hərəkət etdirmək üçün piezoelektrik effektdən istifadə edən skan edən zond mikroskoplarında da istifadə olunur. Bu, mikroskopun atomların miqyasında şəkilləri həll etməsinə imkan verir. Piezoelektrik mühərriklər həmçinin inkjet printerlərdə istifadə olunur, burada çap başlığını səhifə boyunca irəli və geri hərəkət etdirmək üçün istifadə olunur.
Piezoelektrik mühərriklər tibbi cihazlar, avtomobil komponentləri və istehlakçı elektronikası da daxil olmaqla müxtəlif digər tətbiqlərdə istifadə olunur. Onlar həmçinin sənaye tətbiqlərində, məsələn, dəqiq hissələrin istehsalında və mürəkkəb komponentlərin yığılmasında istifadə olunur. Pyezoelektrik effekt həm də tibbi təsvirlərdə və materiallarda qüsurların aşkarlanmasında istifadə olunan ultrasəs dalğalarının istehsalında istifadə olunur.
Ümumiyyətlə, piezoelektrik mühərriklər kiçik cihazların güclənməsindən tutmuş daha böyük maşınların işə salınmasına qədər geniş tətbiqlərdə istifadə olunur. Onlar pikaplarda, elektron gücləndirilmiş gitaralarda, müasir elektron barabanlarda, skan edən mikroskoplarda, mürəkkəb püskürtmə printerlərində, tibbi cihazlarda, avtomobil komponentlərində və istehlakçı elektronikasında istifadə olunur. Pyezoelektrik effekt ultrasəs dalğalarının istehsalında və materiallarda qüsurların aşkarlanmasında da istifadə olunur.
Müasir Elektron Barabanları işə salır
Piezoelektrik kristallar, keramika və sümük və DNT kimi bioloji maddələr kimi müəyyən bərk materiallarda toplanan elektrik yüküdür. Bu, bu materialların tətbiq olunan mexaniki gərginliyə cavabıdır. Pyezoelektrik sözü yunanca “sıxmaq və ya sıxmaq” mənasını verən “piezein” sözündən və qədim elektrik yükü mənbəyi olan “kəhrəba” mənasını verən “elektron” sözündən əmələ gəlib.
Piezoelektrik mühərriklər hərəkət yaratmaq üçün piezoelektrik effektdən istifadə edən cihazlardır. Bu təsir inversiya simmetriyasına malik kristal materialların mexaniki və elektrik halları arasında xətti elektromexaniki qarşılıqlı təsir nəticəsində yaranır. Bu, geri dönən bir prosesdir, yəni pyezoelektrik effekti nümayiş etdirən materiallar eyni zamanda tətbiq olunan elektrik sahəsi nəticəsində yaranan mexaniki gərginliyin daxili istehsalı olan əks pyezoelektrik effekti də nümayiş etdirir. Buna misal olaraq qurğuşun zirkonat titanat kristallarını göstərmək olar ki, onların statik strukturu orijinal ölçüsündən deformasiyaya uğradıqda ölçülə bilən pyezoelektrik əmələ gəlir. Əksinə, xarici elektrik sahəsi tətbiq edildikdə, kristallar ultrasəs dalğaları yaradaraq statik ölçülərini dəyişirlər.
Piezoelektrik mühərriklər müxtəlif gündəlik tətbiqlərdə istifadə olunur, məsələn:
• Pişirmə və isitmə cihazlarında qazı alovlandırmaq üçün qığılcımların yaranması
• Məşəllər, siqaret alışqanları və piroelektrik effektli materiallar
• Temperatur dəyişikliyinə cavab olaraq elektrik potensialının yaradılması
• Səsin istehsalı və aşkarlanması
• Piezoelektrik inkjet çap
• Yüksək gərginlikli elektrik enerjisinin istehsalı
• Saat generatoru və elektron cihazlar
• Mikrobalanslar
• Ultrasəs başlıqlarını və ultra incə fokuslayan optik birləşmələri idarə edin
• Skanlayıcı zond mikroskoplarının əsasını təşkil edir
• Atomlar miqyasında şəkilləri həll edin
• Elektron gücləndirilmiş gitaraları götürür
• Müasir elektron barabanları işə salır.
Piezoelektrik çeviricilərin elektromexaniki modelləşdirilməsi
Bu bölmədə mən piezoelektrik çeviricilərin elektromexaniki modelləşdirilməsini araşdıracağam. Mən pyezoelektrikliyin kəşf tarixinə, onun mövcudluğunu sübut edən təcrübələrə və pyezoelektrik cihazların və materialların inkişafına baxacağam. Mən həmçinin fransız fizikləri Pierre və Jacques Curie, Carl Linnaeus və Franz Aepinus, Rene Hauy və Antoine Sezar Becquerel, Gabriel Lippmann və Woldemar Voigtun töhfələrini müzakirə edəcəyəm.
Fransız fizikləri Pierre və Jacques Curie
Piezoelektrik elektrik yükünün kristallar, keramika və sümük və DNT kimi bioloji maddələr kimi müəyyən bərk materiallarda toplandığı elektromexaniki bir hadisədir. Bu yük tətbiq olunan mexaniki gərginliyə cavab olaraq yaranır. "Pyezoelektrik" sözü yunanca "sıxmaq və ya sıxmaq" mənasını verən "piezein" sözündən və qədim elektrik yükü mənbəyi olan "kəhrəba" mənasını verən "elektron" sözlərindən əmələ gəlib.
Pyezoelektrik effekt inversiya simmetriyası olan materiallarda mexaniki və elektrik vəziyyətləri arasında xətti elektromexaniki qarşılıqlı təsir nəticəsində yaranır. Bu təsir geri çevrilir, yəni pyezoelektrik effekti nümayiş etdirən materiallar da əks pyezoelektrik effekt nümayiş etdirir, burada tətbiq olunan elektrik sahəsinə cavab olaraq mexaniki gərginliyin daxili generasiyası yaranır. Məsələn, qurğuşun sirkonat titanat kristalları, onların statik strukturu orijinal ölçüsündən deformasiyaya uğradıqda ölçülə bilən piezoelektrik yaradır. Əksinə, xarici elektrik sahəsi tətbiq edildikdə, kristallar statik ölçülərini dəyişir və tərs piezoelektrik effekt kimi tanınan prosesdə ultrasəs dalğaları yaradır.
1880-ci ildə fransız fizikləri Pierre və Jacques Curie pyezoelektrik effekti kəşf etdilər və o vaxtdan bəri o, səsin istehsalı və aşkarlanması, piezoelektrik inkjet çap, yüksək gərginlikli elektrik enerjisinin istehsalı, saat generatorları və elektronika daxil olmaqla müxtəlif faydalı tətbiqlər üçün istifadə edilmişdir. mikrobalans kimi cihazlar və ultra incə fokuslanmalı optik birləşmələr üçün ultrasəs başlıqları. O, həmçinin atomların miqyasında şəkilləri həll edə bilən zond mikroskoplarının skan edilməsi üçün əsas təşkil edir. Piezoelektrik həmçinin elektron gücləndirilmiş gitaralar üçün pikaplarda və müasir elektron barabanlar üçün triggerlərdə istifadə olunur.
Piezoelektrik, həmçinin yemək bişirmə və isitmə cihazlarında, məşəllərdə, siqaret alışqanlarında və sairdə qazı alovlandırmaq üçün qığılcımlar yaratmaq kimi gündəlik istifadəni də tapır. Temperatur dəyişikliyinə cavab olaraq bir materialın elektrik potensialı yaratdığı piroelektrik effekt, 18-ci əsrin ortalarında Karl Linney və Frans Aepinus tərəfindən René Hauy və Antoine Sezar Becquerelin biliklərinə əsaslanaraq öyrənilmişdir. mexaniki gərginlik və elektrik yükü, baxmayaraq ki, onların təcrübələri nəticəsiz qaldı.
Piroelektrik haqqında biliklərini əsas kristal strukturların anlayışı ilə birləşdirərək, Kürilər piroelektrik haqqında proqnoz verməyə və kristalların davranışını proqnozlaşdıra bildilər. Bu, turmalin, kvars, topaz, qamış şəkəri və Roşel duzu kimi kristalların təsirində nümayiş etdirildi. Natrium kalium tartrat tetrahidrat və kvars da pyezoelektriklik nümayiş etdirdi. Piezoelektrik disk deformasiya edildikdə gərginlik yaradır, baxmayaraq ki, bu Curies nümayişində çox şişirdilmişdir. Onlar həmçinin əks pyezoelektrik effekti proqnozlaşdıra və onu 1881-ci ildə Qabriel Lippmanın fundamental termodinamik prinsiplərindən riyazi olaraq çıxara bildilər.
Kürilər əks effektin mövcudluğunu dərhal təsdiq etdilər və pyezoelektrik kristallarda elektro-elasto-mexaniki deformasiyaların tam tərsinə çevrilməsinin kəmiyyət sübutunu əldə etdilər. Sonrakı onilliklərdə piezoelektrik, Pierre və Marie Curie tərəfindən polonium və radiumun kəşfində mühüm vasitəyə çevrilənə qədər laboratoriya marağı olaraq qaldı. Onların pyezoelektrikliyi nümayiş etdirən kristal strukturları tədqiq etmək və müəyyən etmək üzrə işləri Woldemar Voigt-in “Lehrbuch der Kristallphysik” (Kristal Fizikası Dərsliyi) əsərinin nəşri ilə yekunlaşdı.
Təcrübələr Nəticəsiz Oldu
Piezoelektrik elektrik yükünün kristallar, keramika və sümük və DNT kimi bioloji maddələr kimi müəyyən bərk materiallarda toplandığı elektromexaniki bir hadisədir. Bu, tətbiq olunan mexaniki gərginliyə cavabdır və "pyezoelektrik" sözü yunanca "sıxmaq və ya sıxmaq" mənasını verən "piezein" və elektrik yükünün qədim mənbəyi olan "kəhrəba" mənasını verən "ēlektron" sözlərindən əmələ gəlib.
Pyezoelektrik effekt inversiya simmetriyası olan kristal materialların mexaniki və elektrik vəziyyətləri arasında xətti elektromexaniki qarşılıqlı təsir nəticəsində yaranır. Bu geri dönən bir prosesdir; pyezoelektrik effekti nümayiş etdirən materiallar eyni zamanda əks pyezoelektrik effekti də nümayiş etdirir ki, bu da tətbiq olunan elektrik sahəsi nəticəsində yaranan mexaniki gərginliyin daxili generasiyasıdır. Məsələn, qurğuşun sirkonat titanat kristalları, onların statik strukturu orijinal ölçüsündən deformasiyaya uğradıqda ölçülə bilən piezoelektrik yaradır. Əksinə, ultrasəs dalğalarının istehsalında istifadə olunan tərs piezoelektrik effekt kimi tanınan xarici elektrik sahəsi tətbiq edildikdə kristallar statik ölçüsünü dəyişə bilər.
Fransız fizikləri Pierre və Jacques Curie 1880-ci ildə piezoelektrikanı kəşf etdilər. O vaxtdan bəri o, səsin istehsalı və aşkarlanması, piezoelektrik inkjet çap, yüksək gərginlikli elektrik enerjisinin istehsalı, saat generatorları və mikrobalans kimi elektron cihazlar da daxil olmaqla müxtəlif faydalı tətbiqlər üçün istifadə edilmişdir. , ultrasəs başlıqlarını və ultra incə fokuslayan optik birləşmələri idarə edin. O, həmçinin atomların miqyasında şəkilləri həll edə bilən skan edən zond mikroskoplarının əsasını təşkil edir. Piezoelektrik həmçinin elektron gücləndirilmiş gitaralar üçün pikaplarda və müasir elektron barabanlar üçün triggerlərdə istifadə olunur.
Piezoelektrik yemək bişirmə və isitmə cihazlarında, məşəllərdə, siqaret alışqanlarında və sairdə qazı alovlandırmaq üçün qığılcımlar yaratmaqda gündəlik istifadəni tapır. Temperatur dəyişikliyinə cavab olaraq bir materialın elektrik potensialı yaratdığı piroelektrik effekt 18-ci əsrin ortalarında Carl Linnaeus və Franz Aepinus tərəfindən bir əlaqə ortaya qoyan René Hauy və Antoine Sezar Becquerelin biliklərinə əsaslanaraq öyrənildi. mexaniki gərginlik və elektrik yükü arasında. Təcrübələr nəticəsiz qaldı.
Piroelektrik haqqında ümumi bilik və onun altında yatan kristal strukturların başa düşülməsi piroelektrikliyin proqnozlaşdırılmasına və kristalların davranışını proqnozlaşdırmaq qabiliyyətinə səbəb oldu. Bu, turmalin, kvars, topaz, qamış şəkəri və Roşel duzu kimi kristalların təsirində nümayiş etdirildi. Natrium kalium tartrat tetrahidrat və kvars da pyezoelektrikliyi nümayiş etdirdi və deformasiya zamanı gərginlik yaratmaq üçün bir pyezoelektrik disk istifadə edildi. Bu, Kürilərin birbaşa piezoelektrik effekti nümayiş etdirməsində çox şişirdilmişdir.
Pierre və Jacques Curie qardaşları əks pyezoelektrik effekti proqnozlaşdırdılar və əks effekt 1881-ci ildə Qabriel Lippmann tərəfindən fundamental termodinamik prinsiplərdən riyazi olaraq çıxarıldı. Kürilər əks effektin mövcudluğunu dərhal təsdiqlədilər və tam kəmiyyət sübutunu əldə etməyə davam etdilər. pyezoelektrik kristallarda elektro-elasto-mexaniki deformasiyaların reversibilliyi.
Onilliklər ərzində pyezoelektrik laboratoriya marağı olaraq qaldı, lakin Pierre və Marie Curie tərəfindən polonium və radiumun kəşfində mühüm vasitə oldu. Onların pyezoelektrikliyi nümayiş etdirən kristal strukturları tədqiq etmək və müəyyən etmək üzrə işləri Woldemar Voigt-in Lehrbuch der Kristallphysik (Kristal Fizikası Dərsliyi) nəşri ilə yekunlaşdı. Bu, pyezoelektrikliyə qadir olan təbii kristal siniflərini təsvir etdi və tensor analizindən istifadə edərək pyezoelektrik sabitləri ciddi şəkildə təyin etdi. Bu, piezoelektrik çeviricilərin ilk praktik tətbiqi idi və sonar Birinci Dünya Müharibəsi zamanı hazırlanmışdır. Fransada Pol Lanqevin və onun əməkdaşları ultrasəs sualtı detektoru hazırladılar.
Carl Linnaeus və Franz Aepinus
Piezoelektrik elektrik yükünün kristallar, keramika və sümük və DNT kimi bioloji maddələr kimi müəyyən bərk materiallarda toplandığı elektromexaniki bir hadisədir. Bu yük tətbiq olunan mexaniki gərginliyə cavab olaraq yaranır. Pyezoelektrik sözü yunanca “sıxmaq və ya sıxmaq” mənasını verən πιέζειν (piezein) və elektrik yükünün qədim mənbəyi olan “kəhrəba” mənasını verən ἤλεκτρον (ēlektron) sözlərindəndir.
Pyezoelektrik effekt inversiya simmetriyası olan kristal materialların mexaniki və elektrik vəziyyətləri arasında xətti elektromexaniki qarşılıqlı təsir nəticəsində yaranır. Bu təsir geri çevrilir, yəni pyezoelektrikliyi nümayiş etdirən materiallar eyni zamanda tətbiq olunan elektrik sahəsi nəticəsində yaranan mexaniki gərginliyin daxili istehsalı olan əks pyezoelektrik effekti də nümayiş etdirir. Məsələn, qurğuşun sirkonat titanat kristalları, onların statik strukturu orijinal ölçüsündən deformasiyaya uğradıqda ölçülə bilən piezoelektrik yaradır. Əksinə, tərs piezoelektrik effekt kimi tanınan və ultrasəs dalğalarının istehsalında istifadə olunan xarici elektrik sahəsi tətbiq edildikdə kristallar öz statik ölçüsünü dəyişə bilər.
1880-ci ildə fransız fizikləri Jacques və Pierre Curie pyezoelektrik effekti kəşf etdilər və o vaxtdan bəri o, səsin istehsalı və aşkarlanması, piezoelektrik inkjet çap, yüksək gərginlikli elektrik enerjisinin istehsalı, saat generatorları, elektron cihazlar, mikrobalanslar da daxil olmaqla bir çox faydalı tətbiqlər üçün istifadə edilmişdir. , ultrasəs başlıqlarını və ultra incə fokuslayan optik birləşmələri idarə edin. O, həmçinin atomların miqyasında təsvirləri həll etmək üçün istifadə edilən zond mikroskoplarının skan edilməsi üçün əsas təşkil edir. Piezoelektrik həmçinin elektron gücləndirilmiş gitaralar üçün pikaplarda və müasir elektron barabanlar üçün triggerlərdə istifadə olunur.
Piezoelektrik, yemək bişirmə və isitmə cihazlarında, məşəllərdə, siqaret alışqanlarında və materialın temperatur dəyişikliyinə cavab olaraq elektrik potensialı yaratdığı zaman olan piroelektrik effektdə qazı alovlandırmaq üçün qığılcımlar yaratmaq kimi gündəlik istifadələrdə də tapılır. Bu təsir 18-ci əsrin ortalarında Karl Linney və Frans Aepinus tərəfindən mexaniki gərginlik və elektrik yükü arasında əlaqə yaradan René Hauy və Antuan Sezar Bekkerelin biliklərinə əsaslanaraq tədqiq edildi, lakin onların təcrübələri nəticəsiz qaldı.
Şotlandiyanın Hunterian Muzeyində Küri kompensatorunda piezo kristalın görünüşü Pierre və Jacques Curie qardaşlarının birbaşa piezoelektrik effektinin nümayişidir. Piroelektrik haqqında biliklərini əsas kristal strukturların anlayışı ilə birləşdirmək, piroelektrikliyin proqnozlaşdırılmasına və kristal davranışını proqnozlaşdırmaq qabiliyyətinə səbəb oldu. Bu, turmalin, kvars, topaz, qamış şəkəri və Roşel duzu kimi kristalların təsiri ilə nümayiş etdirildi. Rochelle duzundan natrium kalium tartrat tetrahidrat və kvars pyezoelektrik nümayiş etdirdi və pyezoelektrik disk deformasiya edildikdə gərginlik yaradır, baxmayaraq ki, bu Curies nümayişində çox şişirdilmişdir.
Əks pyezoelektrik effektin proqnozu və onun fundamental termodinamik prinsiplərdən riyazi çıxması 1881-ci ildə Qabriel Lippman tərəfindən edilmişdir. Kürilər əks effektin mövcudluğunu dərhal təsdiqlədilər və elektro-elastoelektrik effektin tam tərsinə çevrilməsinin kəmiyyət sübutunu əldə etməyə davam etdilər. pyezoelektrik kristallarda mexaniki deformasiyalar. Onilliklər ərzində piezoelektrik, piezoelektrikliyi nümayiş etdirən kristal strukturları tədqiq etmək və müəyyən etmək üçün ondan istifadə edən Pierre və Marie Curie tərəfindən polonium və radiumun kəşfində mühüm alətə çevrilənə qədər laboratoriya marağı olaraq qaldı. Bu, Woldemar Voigtin Lehrbuch der Kristallphysik (Kristal Fizikası Dərsliyi) kitabının nəşri ilə nəticələndi, burada pyezoelektrikliyə qadir olan təbii kristal siniflərini təsvir edən və tenzor analizindən istifadə edərək pyezoelektrik sabitləri ciddi şəkildə müəyyənləşdirdi.
Pyezoelektrik çeviricilərin bu praktik tətbiqi Birinci Dünya Müharibəsi zamanı sonarın inkişafına səbəb oldu. Fransada Pol Lanqevin və onun əməkdaşları ultrasəs sualtı detektoru hazırladılar. Detektor polad lövhələrə diqqətlə yapışdırılmış nazik kvars kristallarından hazırlanmış çeviricidən və transduserdən yüksək tezlikli impuls buraxdıqdan sonra geri qaytarılan əks-sədanı aşkar etmək üçün hidrofondan ibarət idi. Bir cisimdən sıçrayan səs dalğalarının əks-sədasını eşitmək üçün lazım olan vaxtı ölçərək, cismin məsafəsini hesablaya bildilər. Bu sonarı müvəffəqiyyətli etmək üçün piezoelektrikdən istifadə etdilər və layihə piezoelektrik cihazlara intensiv inkişaf və maraq yaratdı.
Rene Hauy və Antoine Sezar Becquerel
Piezoelektrik kristallar, keramika kimi müəyyən bərk materialların və sümük və DNT kimi bioloji maddələrin tətbiq olunan mexaniki gərginliyə cavab olaraq elektrik yükünü topladığı zaman baş verən elektromexaniki bir hadisədir. Pyezoelektrik yunanca “sıxmaq və ya sıxmaq” mənasını verən “piezein” sözündən və qədim elektrik yükü mənbəyi olan “kəhrəba” mənasını verən “elektron” sözündən əmələ gəlib.
Pyezoelektrik effekt inversiya simmetriyası olan kristal materiallarda mexaniki və elektrik halları arasında xətti elektromexaniki qarşılıqlı təsir nəticəsində yaranır. Bu təsir geri çevrilir, yəni pyezoelektrik effekti nümayiş etdirən materiallar da əks pyezoelektrik effekti və ya tətbiq olunan elektrik sahəsi nəticəsində yaranan mexaniki gərginliyin daxili generasiyasını nümayiş etdirir. Məsələn, qurğuşun sirkonat titanat kristalları, onların statik strukturu orijinal ölçüsündən deformasiyaya uğradıqda ölçülə bilən piezoelektrik yaradır. Əksinə, xarici elektrik sahəsi tətbiq edildikdə kristallar öz statik ölçülərini dəyişə bilər, nəticədə tərs piezoelektrik effekt və ultrasəs dalğalarının əmələ gəlməsi baş verir.
Fransız fizikləri Pierre və Jacques Curie 1880-ci ildə piezoelektrik effekti kəşf etdilər. Bu effekt səsin istehsalı və aşkarlanması, piezoelektrik mürəkkəb püskürtmə çapı, yüksək gərginlikli elektrik enerjisinin istehsalı, saat generatorları və elektron cihazlar da daxil olmaqla müxtəlif faydalı tətbiqlər üçün istifadə edilmişdir. mikrobalanslar, sürücü ultrasəs nozziləri və ultra incə fokuslanan optik birləşmələr kimi. O, həmçinin atomlar miqyasında şəkilləri həll edə bilən skan edən zond mikroskoplarının əsasını təşkil edir. Piezoelektrik həmçinin elektron gücləndirilmiş gitaralar üçün pikaplarda və müasir elektron barabanlar üçün triggerlərdə istifadə olunur.
Pyezoelektrik effekt ilk dəfə 18-ci əsrin ortalarında Karl Linnaeus və Frans Aepinus tərəfindən mexaniki gərginlik və elektrik yükü arasında əlaqə yaradan Rene Hauy və Antoine Sezar Becquerelin biliklərinə əsaslanaraq öyrənilmişdir. Ancaq təcrübələr nəticəsiz qaldı. Piroelektrik bilikləri və əsas kristal strukturları başa düşmək ilə birlikdə bu, piroelektrikliyin proqnozlaşdırılmasına və kristal davranışını proqnozlaşdırmaq qabiliyyətinə səbəb oldu. Bu, turmalin, kvars, topaz, qamış şəkəri və Roşel duzu kimi kristalların təsirində nümayiş etdirildi. Natrium kalium tartrat tetrahidrat və kvars da pyezoelektrikliyi nümayiş etdirdi və deformasiya zamanı gərginlik yaratmaq üçün bir pyezoelektrik disk istifadə edildi. Bu təsir Kürilərin Şotlandiya Muzeyində birbaşa pyezoelektrik effekti göstərən nümayişində çox şişirdilmişdir.
Pierre və Jacques Curie qardaşları pyezoelektrik kristallarda elektro-elasto-mexaniki deformasiyaların tam tərsinə çevrilməsinin kəmiyyət sübutunu əldə etməyə davam etdilər. Pierre və Marie Curie tərəfindən polonium və radiumun kəşfində mühüm vasitəyə çevrilənə qədər, onilliklər ərzində piezoelektrik laboratoriya marağı olaraq qaldı. Bu iş Woldemar Voigt-in Lehrbuch der Kristallphysik (Kristal Fizikası Dərsliyi) əsərinin nəşri ilə yekunlaşan pyezoelektrikliyi nümayiş etdirən kristal strukturları araşdırdı və müəyyənləşdirdi.
Kürilər əks effektin mövcudluğunu dərhal təsdiqlədilər və tərs effektin əsas termodinamik prinsiplərini riyazi olaraq çıxarmağa davam etdilər. Bu, 1881-ci ildə Qabriel Lippman tərəfindən edilib. Daha sonra Birinci Dünya Müharibəsi zamanı piezoelektrik sonarın yaradılması üçün istifadə edilib. Fransada Pol Lanqevin və onun əməkdaşları ultrasəs sualtı detektoru hazırlayıblar. Bu detektor polad lövhələrə diqqətlə yapışdırılmış nazik kvars kristallarından hazırlanmış çeviricidən və geri qaytarılan əks-sədanı aşkar etmək üçün hidrofondan ibarət idi. Transduserdən yüksək tezlikli impuls çıxararaq və obyektdən sıçrayan səs dalğalarının əks-sədasını eşitmək üçün lazım olan vaxtı ölçməklə, onlar obyektə olan məsafəni hesablaya bilirdilər.
Piezoelektrik kristalların istifadəsi İkinci Dünya Müharibəsindən sonra Bell Telefon Laboratoriyaları tərəfindən daha da inkişaf etdirildi. Radiotelefoniya mühəndisliyi şöbəsində işləyən Frederik R. Lack, geniş temperatur diapazonunda işləyə bilən kəsilmiş kristal hazırladı. Lack kristalının təyyarələrdə istifadəsini asanlaşdıran əvvəlki kristalların ağır aksesuarlarına ehtiyacı yox idi. Bu inkişaf Müttəfiq Hərbi Hava Qüvvələrinə aviasiya radiosundan istifadə edərək koordinasiyalı kütləvi hücumlarla məşğul olmağa imkan verdi. Birləşmiş Ştatlarda piezoelektrik cihazların və materialların inkişafı şirkətləri bu sahədə müharibə dövrünün başlanğıcının inkişafında saxladı və inkişaf etdirilən yeni materiallar üçün sərfəli patentlərin alınmasında maraqlar oldu. Kvars kristalları kommersiya baxımından piezoelektrik material kimi istifadə edildi və elm adamları daha yüksək performanslı materiallar axtardılar. Materiallarda irəliləyişlərə və istehsal proseslərinin yetişməsinə baxmayaraq, ABŞ
Qabriel Lippmann
Piezoelektrik elektrik yükünün kristallar, keramika və sümük və DNT kimi bioloji maddələr kimi müəyyən bərk materiallarda toplandığı elektromexaniki bir hadisədir. Bu, inversiya simmetriyası olan materiallarda mexaniki və elektrik halları arasında qarşılıqlı təsirin nəticəsidir. Piezoelektrik ilk dəfə 1880-ci ildə fransız fizikləri Pierre və Jacques Curie tərəfindən kəşf edilmişdir.
Piezoelektrik müxtəlif faydalı tətbiqlər üçün, o cümlədən səsin istehsalı və aşkarlanması, piezoelektrik inkjet çap və yüksək gərginlikli elektrik enerjisinin istehsalı üçün istifadə edilmişdir. Piezoelektrik yunanca “sıxmaq və ya sıxmaq” mənasını verən πιέζειν (piezein) və elektrik yükünün qədim mənbəyi olan “kəhrəba” mənasını verən ἤλεκτρον (ēlektron) sözlərindən əmələ gəlib.
Pyezoelektrik effekt geri çevrilir, yəni pyezoelektrikliyi nümayiş etdirən materiallar da əks pyezoelektrik effekt nümayiş etdirir, burada mexaniki gərginliyin daxili istehsalı elektrik sahəsinin tətbiqi nəticəsində baş verir. Məsələn, qurğuşun sirkonat titanat kristalları, onların statik strukturu orijinal ölçüsündən deformasiyaya uğradıqda ölçülə bilən piezoelektrik yaradır. Əksinə, xarici elektrik sahəsi tətbiq edildikdə kristallar statik ölçülərini dəyişə bilər, bu proses tərs piezoelektrik effekt kimi tanınır. Bu proses ultrasəs dalğaları yaratmaq üçün istifadə edilə bilər.
Pyezoelektrik effekt 18-ci əsrin ortalarından, Karl Linnaeus və Frans Aepinus, Rene Hauy və Antuan Sezar Bekkerelin biliklərinə əsaslanaraq, mexaniki gərginlik və elektrik yükü arasında əlaqə qurduqları zamandan öyrənilir. Ancaq təcrübələr nəticəsiz qaldı. Tədqiqatçılar yalnız piroelektrik haqqında birləşmiş biliklər və əsas kristal strukturları başa düşmək piroelektrikliyin proqnozlaşdırılmasına səbəb olana qədər kristalların davranışını proqnozlaşdıra bildilər. Bu, turmalin, kvars, topaz, qamış şəkəri və Roşel duzu kimi kristalların təsiri ilə nümayiş etdirildi.
Qabriel Lippman 1881-ci ildə tərs pyezoelektrik effektin əsas termodinamik prinsiplərini riyazi olaraq çıxardı. Kürilər əks effektin mövcudluğunu dərhal təsdiq etdilər və pyezoelektrik kristallarda elektro-elasto-mexaniki deformasiyaların tam tərsinə çevrilməsinin kəmiyyət sübutunu əldə etdilər.
Pierre və Marie Curie tərəfindən polonium və radiumun kəşfində mühüm alətə çevrilənə qədər onilliklər ərzində piezoelektrik laboratoriya marağı olaraq qaldı. Onların pyezoelektrikliyi nümayiş etdirən kristal strukturları tədqiq etmək və müəyyən etmək üzrə işləri Woldemar Voigt-in Lehrbuch der Kristallphysik (Kristal Fizikası Dərsliyi) nəşri ilə yekunlaşdı. Bu, pyezoelektrikliyə qadir olan təbii kristal siniflərini təsvir etdi və tensor analizi ilə pyezoelektrik sabitləri ciddi şəkildə müəyyənləşdirdi.
Pyezoelektrik cihazların praktiki tətbiqi Birinci Dünya Müharibəsi zamanı sonarın inkişafı ilə başladı. Pol Lanqevin və onun əməkdaşları ultrasəs sualtı detektoru hazırladılar. Bu detektor polad lövhələrə diqqətlə yapışdırılmış nazik kvars kristallarından hazırlanmış çeviricidən və geri qaytarılan əks-sədanı aşkar etmək üçün hidrofondan ibarət idi. Transduserdən yüksək tezlikli impuls çıxararaq və cisimdən sıçrayan səs dalğalarının əks-sədasını eşitmək üçün lazım olan vaxtı ölçməklə onlar obyektə olan məsafəni hesablaya biliblər. Sonar üçün piezoelektrikdən bu şəkildə istifadə uğurlu oldu və layihə piezoelektrik cihazlara intensiv inkişaf marağı yaratdı. Onilliklər ərzində yeni pyezoelektrik materiallar və bu materiallar üçün yeni tətbiqlər tədqiq edilmiş və inkişaf etdirilmişdir. Pyezoelektrik cihazlar pleyer dizaynını sadələşdirən və ucuz, dəqiq pleyerləri saxlamağı ucuzlaşdıran və qurulmasını asanlaşdıran keramika fonoqraf patronlarından tutmuş mayelərin özlülüyünü və elastikliyini asan ölçməyə imkan verən ultrasəs ötürücülərin inkişafına qədər müxtəlif sahələrdə evlər tapdı. və bərk cisimlər materialların tədqiqində böyük irəliləyişlərlə nəticələndi. Ultrasəs zaman domeninin reflektometrləri materiala ultrasəs impuls göndərir və tökmə metal və daş obyektlərin içərisində qüsurları tapmaq üçün əksləri və kəsilmələri ölçür, struktur təhlükəsizliyini artırır.
İkinci Dünya Müharibəsindən sonra ABŞ, Rusiya və Yaponiyadakı müstəqil tədqiqat qrupları təbii materiallardan on dəfəyə qədər yüksək piezoelektrik sabitləri nümayiş etdirən ferroelektrik adlı yeni sintetik materiallar sinfini kəşf etdilər. Bu, barium titanatın və daha sonra qurğuşun zirkonat titanatın, xüsusi tətbiqlər üçün xüsusi xüsusiyyətlərə malik materialların hazırlanması üçün intensiv tədqiqatlara səbəb oldu. Pyezoelektrik kristalların istifadəsinin əhəmiyyətli bir nümunəsi hazırlanmışdır
Woldemar Voigt
Piezoelektrik elektrik yükünün kristallar, keramika və sümük və DNT kimi bioloji maddələr kimi müəyyən bərk materiallarda toplandığı elektromexaniki bir hadisədir. Bu yük tətbiq olunan mexaniki gərginliyə cavab olaraq yaranır. Pyezoelektrik sözü yunanca “sıxmaq və ya sıxmaq” mənasını verən “piezein” və qədim elektrik yükü mənbəyi olan “kəhrəba” mənasını verən “elektron” sözlərindən əmələ gəlib.
Pyezoelektrik effekt inversiya simmetriyası olan kristal materialların mexaniki və elektrik vəziyyətləri arasında xətti elektromexaniki qarşılıqlı təsir nəticəsində yaranır. Bu təsir geri çevrilir, yəni pyezoelektrikliyi nümayiş etdirən materiallar da əks pyezoelektrik effekt nümayiş etdirir, burada mexaniki gərginliyin daxili əmələ gəlməsi tətbiq olunan elektrik sahəsinin nəticəsidir. Məsələn, qurğuşun sirkonat titanat kristalları, onların statik strukturu orijinal ölçüsündən deformasiyaya uğradıqda ölçülə bilən piezoelektrik yaradır. Əksinə, xarici elektrik sahəsi tətbiq edildikdə kristallar öz statik ölçüsünü dəyişə bilər, ultrasəs dalğalarının istehsalında istifadə olunan tərs piezoelektrik effekt kimi tanınan bir fenomen.
Fransız fizikləri Pierre və Jacques Curie 1880-ci ildə piezoelektrikanı kəşf etdilər. O vaxtdan bəri pyezoelektrik effektdən müxtəlif faydalı tətbiqlər, o cümlədən səsin istehsalı və aşkarlanması, piezoelektrik mürəkkəb püskürtmə çapı, yüksək gərginlikli elektrik enerjisinin istehsalı, saat generatorları və elektron cihazların istehsalı üçün istifadə edilmişdir. optik birləşmələrin ultra incə fokuslanması üçün mikrobalans və sürücü ultrasəs nozzləri kimi. O, həmçinin atomların miqyasında şəkilləri həll edə bilən skan edən zond mikroskoplarının əsasını təşkil edir. Bundan əlavə, elektron gücləndirilmiş gitaralarda pikaplar və müasir elektron barabanlardakı triggerlər pyezoelektrik effektdən istifadə edir.
Piezoelektrik həmçinin yemək bişirmə və isitmə cihazlarında, məşəllərdə, siqaret alışqanlarında və sairdə qazı alovlandırmaq üçün qığılcımlar yaratmaqda gündəlik istifadəni tapır. Temperaturun dəyişməsinə cavab olaraq bir materialın elektrik potensialı yaratdığı piroelektrik effekti 18-ci əsrin ortalarında Carl Linnaeus və Franz Aepinus tərəfindən mexaniki təsirlər arasında əlaqə yaradan Rene Hauy və Antoine Sezar Becquerelin biliklərinə əsaslanaraq öyrənilmişdir. stress və elektrik yükü. Bu əlaqəni sübut edən təcrübələr nəticəsiz qaldı.
Şotlandiyanın Hunterian Muzeyində Küri kompensatorunda piezo kristalın görünüşü Pierre və Jacques Curie qardaşlarının birbaşa piezoelektrik effektinin nümayişidir. Piroelektrik haqqında biliklərini əsas kristal strukturların anlayışı ilə birləşdirərək, turmalin, kvars, topaz, qamış şəkəri və Roşel duzu kimi kristalların təsirində nümayiş etdirdikləri kristal davranışını proqnozlaşdırmağa imkan verən piroelektrik proqnozuna səbəb oldu. . Natrium və kalium tartrat tetrahidrat və kvars da piezoelektrikliyi nümayiş etdirdi və deformasiya zamanı gərginlik yaratmaq üçün bir pyezoelektrik disk istifadə edildi. Bu forma dəyişikliyi Curilərin nümayişində çox şişirdilmişdi və onlar tərsinə piezoelektrik effekti proqnozlaşdırmağa davam etdilər. Əks effekt 1881-ci ildə Gabriel Lippmann tərəfindən fundamental termodinamik prinsiplərdən riyazi olaraq çıxarılmışdır.
Kürilər əks effektin mövcudluğunu dərhal təsdiq etdilər və pyezoelektrik kristallarda elektro-elasto-mexaniki deformasiyaların tam tərsinə çevrilməsinin kəmiyyət sübutunu əldə etdilər. Sonrakı onilliklərdə, piezoelektrik, pyezoelektrikliyi nümayiş etdirən kristal strukturları araşdırmaq və müəyyən etmək üçün istifadə edən Pierre Marie Curie tərəfindən polonium və radiumun kəşfində mühüm alətə çevrilənə qədər laboratoriya marağı olaraq qaldı. Bu, Woldemar Voigtin Lehrbuch der Kristallphysik (Kristal Fizikası Dərsliyi) əsərinin nəşri ilə yekunlaşdı ki, burada pyezoelektrikliyə qadir olan təbii kristal siniflərini təsvir edən və tenzor analizindən istifadə edərək pyezoelektrik sabitləri ciddi şəkildə müəyyənləşdirdi.
Bu, Birinci Dünya Müharibəsi zamanı hazırlanmış sonar kimi pyezoelektrik cihazların praktiki tətbiqinə gətirib çıxardı. Fransada Pol Lanqevin və onun əməkdaşları ultrasəsli sualtı detektor hazırladılar. Bu detektor polad lövhələrə diqqətlə yapışdırılmış nazik kvars kristallarından hazırlanmış çeviricidən və transduserdən yüksək tezlikli impuls buraxdıqdan sonra geri qaytarılan əks-sədanı aşkar etmək üçün hidrofondan ibarət idi. Obyektdən sıçrayan səs dalğalarının əks-sədasını eşitmək üçün lazım olan vaxtı ölçməklə onlar obyektə olan məsafəni hesablaya bildilər. Bu sonarı müvəffəqiyyətli etmək üçün piezoelektrikdən istifadə etdilər və layihə intensiv inkişaf və maraq yaratdı.
Əhəmiyyətli əlaqələr
- Piezoelektrik Ötürücülər: Piezoelektrik aktuatorlar elektrik enerjisini mexaniki hərəkətə çevirən cihazlardır. Onlar adətən robototexnika, tibbi cihazlar və dəqiq hərəkət nəzarətinin tələb olunduğu digər tətbiqlərdə istifadə olunur.
- Piezoelektrik Sensorlar: Piezoelektrik sensorlar təzyiq, sürətlənmə və vibrasiya kimi fiziki parametrləri ölçmək üçün istifadə olunur. Onlar tez-tez sənaye və tibbi tətbiqlərdə, eləcə də istehlakçı elektronikasında istifadə olunur.
- Təbiətdə piezoelektriklik: Piezoelektrik müəyyən materiallarda təbii olaraq baş verən bir hadisədir və bir çox canlı orqanizmdə olur. Bəzi orqanizmlər tərəfindən ətraf mühiti hiss etmək və digər orqanizmlərlə əlaqə yaratmaq üçün istifadə olunur.
Nəticə
Piezoelektrik sonardan tutmuş fonoqraf patronlarına qədər müxtəlif tətbiqlərdə istifadə olunan heyrətamiz bir hadisədir. 1800-cü illərin ortalarından bəri öyrənilmiş və müasir texnologiyanın inkişafında böyük təsir üçün istifadə edilmişdir. Bu bloq yazısı piezoelektrikliyin tarixini və istifadəsini araşdırıb və müasir texnologiyanın inkişafında bu fenomenin əhəmiyyətini qeyd edib. Pyezoelektrik haqqında daha çox öyrənmək istəyənlər üçün bu yazı əla başlanğıc nöqtəsidir.
Mən Joost Nusselder, Neaera-nın qurucusu və məzmun marketoloqu, atam və ehtirasımın mərkəzində gitara ilə yeni avadanlıq sınamağı sevirəm və komandamla birlikdə 2020-ci ildən bəri dərin blog məqalələri yaradıram. səsyazma və gitara məsləhətləri ilə sadiq oxuculara kömək etmək.
