پیزوالکتریک: راهنمای جامع برای درک مکانیک و کاربردهای آن

پیزوالکتریک توانایی برخی مواد برای تولید الکتریسیته زمانی که تحت فشار مکانیکی قرار می گیرند و بالعکس است. این کلمه از کلمه یونانی piezo به معنای فشار و برق گرفته شده است. اولین بار در سال 1880 کشف شد، اما این مفهوم برای مدت طولانی شناخته شده است.

بهترین نمونه شناخته شده پیزوالکتریک کوارتز است، اما بسیاری از مواد دیگر نیز این پدیده را نشان می دهند. رایج ترین کاربرد پیزوالکتریک تولید امواج فراصوت است.

در این مقاله، پیزوالکتریک چیست، چگونه کار می‌کند و برخی از کاربردهای عملی این پدیده شگفت‌انگیز را مورد بحث قرار می‌دهم.

پیزوالکتریک چیست؟

پیزوالکتریک توانایی برخی مواد برای تولید بار الکتریکی در پاسخ به تنش مکانیکی اعمال شده است. این یک برهمکنش الکترومکانیکی خطی بین حالت های مکانیکی و الکتریکی در مواد کریستالی با تقارن وارونگی است. مواد پیزوالکتریک را می توان برای تولید برق با ولتاژ بالا، ژنراتورهای ساعت، دستگاه های الکترونیکی، میکروبالانس ها، نازل های اولتراسونیک درایو و مجموعه های نوری با فوکوس بسیار ظریف استفاده کرد.

مواد پیزوالکتریک شامل کریستال ها، سرامیک های خاص، مواد بیولوژیکی مانند استخوان و DNA و پروتئین ها هستند. هنگامی که نیرویی به یک ماده پیزوالکتریک وارد می شود، بار الکتریکی تولید می کند. سپس می توان از این شارژ برای تغذیه دستگاه ها یا ایجاد ولتاژ استفاده کرد.

مواد پیزوالکتریک در کاربردهای مختلفی استفاده می شوند، از جمله:
• تولید و تشخیص صدا
• چاپ جوهر افشان پیزوالکتریک
• تولید برق فشار قوی
• ژنراتورهای ساعت
• لوازم برقی
• میکروبالانس ها
• نازل های اولتراسونیک را هدایت کنید
• مجموعه های نوری با فوکوس فوق العاده
• وانت برای گیتارهای تقویت شده الکترونیکی
• ماشه برای درام الکترونیکی مدرن
• تولید جرقه برای احتراق گاز
• وسایل پخت و پز و گرمایش
• مشعل و فندک.

تاریخچه پیزوالکتریک چیست؟

پیزوالکتریک در سال 1880 توسط فیزیکدانان فرانسوی ژاک و پیر کوری کشف شد. این بار الکتریکی است که در برخی مواد جامد مانند کریستال ها، سرامیک ها و مواد بیولوژیکی در پاسخ به تنش های مکانیکی اعمال شده تجمع می یابد. کلمه پیزوالکتریک از کلمه یونانی piezein به معنای فشار دادن یا فشار دادن و elektron به معنی کهربا منبع باستانی بار الکتریکی گرفته شده است.

اثر پیزوالکتریک از برهمکنش الکترومکانیکی خطی بین حالت‌های مکانیکی و الکتریکی مواد کریستالی با تقارن وارونگی حاصل می‌شود. این یک فرآیند برگشت پذیر است، به این معنی که موادی که پیزوالکتریک را نشان می دهند، اثر پیزوالکتریک معکوس را نیز نشان می دهند، که تولید داخلی کرنش مکانیکی ناشی از یک میدان الکتریکی اعمال شده است.

دانش ترکیبی کوری ها از پیرالکتریک و درک ساختارهای کریستالی زیربنایی باعث پیش بینی پیرالکتریک و توانایی پیش بینی رفتار کریستالی شد. این در اثر کریستال هایی مانند تورمالین، کوارتز، توپاز، نیشکر و نمک روشل نشان داده شد.

کوری ها بلافاصله وجود اثر معکوس را تأیید کردند و به دنبال اثبات کمی برگشت پذیری کامل تغییر شکل های الکتروالاستو-مکانیکی در کریستال های پیزوالکتریک شدند. در طی دهه‌ها، پیزوالکتریک به عنوان یک کنجکاوی آزمایشگاهی باقی ماند تا اینکه به ابزاری حیاتی در کشف پولونیوم و رادیوم توسط پیر و ماری کوری تبدیل شد.

پیزوالکتریک برای بسیاری از کاربردهای مفید، از جمله تولید و تشخیص صدا، چاپ جوهرافشان پیزوالکتریک، تولید برق با ولتاژ بالا، ژنراتورهای ساعت و دستگاه‌های الکترونیکی، میکروبالانس‌ها، نازل‌های اولتراسونیک درایو، فوکوس فوق‌العاده مجموعه‌های نوری، و اشکال اساس میکروسکوپ های کاوشگر روبشی برای تفکیک تصاویر در مقیاس اتم ها.

پیزوالکتریک همچنین کاربردهای روزمره دارد، مانند تولید جرقه برای احتراق گاز در وسایل پخت و پز و گرمایش، مشعل، فندک سیگار، و اثر پیرالکتریک، که در آن یک ماده در پاسخ به تغییر دما، پتانسیل الکتریکی تولید می کند.

توسعه سونار در طول جنگ جهانی اول شاهد استفاده از کریستال‌های پیزوالکتریک بود که توسط آزمایشگاه‌های تلفن بل توسعه یافتند. این به نیروهای هوایی متفقین اجازه داد تا با استفاده از رادیو هوانوردی در حملات توده ای هماهنگ شرکت کنند. توسعه دستگاه‌ها و مواد پیزوالکتریک در ایالات متحده باعث شد شرکت‌ها در آغاز دوران جنگ در زمینه منافع، ثبت اختراعات سودآور را برای مواد جدید توسعه دهند.

ژاپن شاهد کاربردهای جدید و رشد صنعت پیزوالکتریک ایالات متحده بود و به سرعت صنعت خود را توسعه داد. آنها به سرعت اطلاعات را به اشتراک گذاشتند و مواد تیتانات باریم و سپس سرب زیرکونات تیتانات را با خواص ویژه برای کاربردهای خاص توسعه دادند.

پیزوالکتریک از زمان کشف خود در سال 1880 راه طولانی را پیموده است و اکنون در انواع کاربردهای روزمره استفاده می شود. همچنین برای ایجاد پیشرفت در تحقیقات مواد، مانند بازتاب سنج‌های حوزه زمان اولتراسونیک، که یک پالس اولتراسونیک را از طریق یک ماده برای اندازه‌گیری بازتاب‌ها و ناپیوستگی‌ها برای یافتن عیوب درون اجسام فلزی و سنگی ریخته‌شده، ارسال می‌کند و ایمنی ساختاری را بهبود می‌بخشد.

پیزوالکتریک چگونه کار می کند

در این بخش، من نحوه عملکرد پیزوالکتریک را بررسی خواهم کرد. من به انباشت بار الکتریکی در جامدات، برهمکنش الکترومکانیکی خطی و فرآیند برگشت‌پذیری که این پدیده را می‌سازد، نگاه خواهم کرد. من همچنین در مورد تاریخچه پیزوالکتریک و کاربردهای آن بحث خواهم کرد.

تجمع بار الکتریکی در جامدات

پیزوالکتریکی بار الکتریکی است که در مواد جامد خاصی مانند کریستال ها، سرامیک ها و مواد بیولوژیکی مانند استخوان و DNA تجمع می یابد. این واکنش به تنش های مکانیکی اعمال شده است و نام آن از کلمات یونانی "piezein" (فشرده کردن یا فشار دادن) و "ēlektron" (کهربا) گرفته شده است.

اثر پیزوالکتریک از برهمکنش الکترومکانیکی خطی بین حالت‌های مکانیکی و الکتریکی در مواد کریستالی با تقارن وارونگی ناشی می‌شود. این یک فرآیند برگشت‌پذیر است، به این معنی که موادی که پیزوالکتریک را نشان می‌دهند، اثر پیزوالکتریک معکوس را نیز نشان می‌دهند، جایی که تولید داخلی کرنش مکانیکی ناشی از یک میدان الکتریکی اعمال‌شده است. نمونه هایی از موادی که پیزوالکتریک قابل اندازه گیری تولید می کنند شامل کریستال های تیتانات زیرکونات سرب است.

فیزیکدانان فرانسوی پیر و ژاک کوری در سال 1880 پیزوالکتریک را کشف کردند. از آن زمان تاکنون برای کاربردهای مفید مختلفی از جمله تولید و تشخیص صدا، چاپ جوهر افشان پیزوالکتریک، تولید برق با ولتاژ بالا، ژنراتورهای ساعت و دستگاه‌های الکترونیکی مانند میکروبالان استفاده شده است. و نازل های اولتراسونیک را برای فوکوس بسیار ریز مجموعه های نوری هدایت کنید. همچنین اساس میکروسکوپ های کاوشگر روبشی را تشکیل می دهد که می توانند تصاویر را در مقیاس اتم ها تفکیک کنند. پیزوالکتریک همچنین در پیکاپ‌ها برای گیتارهای تقویت‌شده الکترونیکی و ماشه‌ها برای درام‌های الکترونیکی مدرن استفاده می‌شود.

پیزوالکتریک در تولید جرقه برای احتراق گاز، در وسایل پخت و پز و گرمایش، مشعل ها، فندک سیگار و اثر پیرالکتریک، که در آن یک ماده در پاسخ به تغییر دما، پتانسیل الکتریکی تولید می کند، کاربردهای روزمره دارد. این مورد توسط کارل لینه و فرانتس اپینوس در اواسط قرن هجدهم مورد مطالعه قرار گرفت و از دانش رنه هاوی و آنتوان سزار بکرل استفاده شد که رابطه ای بین تنش مکانیکی و بار الکتریکی را مطرح کردند. آزمایش ها بی نتیجه بودند.

نمای یک کریستال پیزو در جبران کننده کوری در موزه هانتریان در اسکاتلند نمایشی از اثر مستقیم پیزوالکتریک است. برادران پیر و ژاک کوری دانش خود را از پیرالکتریک با درک ساختارهای کریستالی زیرین ترکیب کردند که منجر به پیش‌بینی پیروالکتریک شد. آنها توانستند رفتار کریستال را پیش بینی کنند و اثر آن را در کریستال هایی مانند تورمالین، کوارتز، توپاز، شکر نیشکر و نمک روشل نشان دادند. سدیم پتاسیم تارتارات تتراهیدرات و کوارتز نیز پیزوالکتریکی را نشان دادند. یک دیسک پیزوالکتریک در هنگام تغییر شکل ولتاژ تولید می کند و تغییر شکل در نمایش کوری بسیار اغراق آمیز است.

آنها قادر به پیش بینی اثر معکوس پیزوالکتریک بودند، و اثر معکوس توسط گابریل لیپمن در سال 1881 به صورت ریاضی استنباط شد. کوری ها بلافاصله وجود اثر معکوس را تأیید کردند و در ادامه به اثبات کمی برگشت پذیری کامل الکتروالاستو- السترونی پرداختند. تغییر شکل های مکانیکی در کریستال های پیزوالکتریک

برای چندین دهه، پیزوالکتریک به عنوان یک کنجکاوی آزمایشگاهی باقی ماند، اما ابزاری حیاتی در کشف پولونیوم و رادیوم توسط پیر و ماری کوری بود. کار آنها برای کاوش و تعریف ساختارهای کریستالی که پیزوالکتریک را نشان می‌دهند، با انتشار کتاب Lehrbuch der Kristallphysik (کتاب درسی فیزیک کریستال) اثر ولدمار وویگت به اوج خود رسید، که طبقات کریستالی طبیعی را توصیف می‌کند که قادر به پیزوالکتریک هستند و به طور دقیق ثابت‌های پیزوالکتریک را تجزیه و تحلیل می‌کنند. این کاربرد عملی دستگاه های پیزوالکتریک بود، و سونار در طول جنگ جهانی اول توسعه یافت. در فرانسه، پل لانگوین و همکارانش یک آشکارساز زیردریایی اولتراسونیک ساختند.

آشکارساز شامل یک مبدل ساخته شده از کریستال های کوارتز نازک که با دقت به صفحات فولادی چسبانده شده اند و یک هیدروفون برای تشخیص پژواک برگشتی. با انتشار یک بالا فرکانس پالس از مبدل و اندازه‌گیری زمان لازم برای شنیدن پژواک امواج صوتی که از یک جسم پرتاب می‌شوند، توانستند فاصله تا جسم را محاسبه کنند. آنها از پیزوالکتریک برای موفقیت سونار استفاده کردند و این پروژه توسعه و علاقه شدیدی به دستگاه های پیزوالکتریک ایجاد کرد. در طول دهه‌ها، مواد پیزوالکتریک جدید و کاربردهای جدید برای مواد مورد بررسی و توسعه قرار گرفتند و دستگاه‌های پیزوالکتریک خانه‌هایی در زمینه‌های مختلف پیدا کردند. کارتریج های گرامافون سرامیکی طراحی پخش کننده را ساده کرده و دستگاه های ضبط ارزان و دقیقی را ساخته اند که نگهداری آنها ارزان تر و ساخت آنها آسان تر است.

توسعه مبدل‌های اولتراسونیک امکان اندازه‌گیری آسان ویسکوزیته و کشسانی سیالات و جامدات را فراهم می‌آورد که منجر به پیشرفت‌های عظیم در تحقیقات مواد می‌شود.

برهم کنش الکترومکانیکی خطی

پیزوالکتریسیته توانایی برخی مواد برای تولید بار الکتریکی در اثر فشار مکانیکی است. این کلمه از کلمات یونانی πιέζειν (piezein) به معنای فشار دادن یا فشار دادن و ἤλεκτρον (ēlektron) به معنای "کهربا" گرفته شده است که منبع باستانی بار الکتریکی بوده است.

پیزوالکتریک در سال 1880 توسط فیزیکدانان فرانسوی ژاک و پیر کوری کشف شد. این بر اساس برهمکنش الکترومکانیکی خطی بین حالت های مکانیکی و الکتریکی مواد کریستالی با تقارن وارونگی است. این اثر برگشت پذیر است، به این معنی که موادی که پیزوالکتریک را نشان می دهند، اثر پیزوالکتریک معکوس نیز از خود نشان می دهند که به موجب آن تولید داخلی کرنش مکانیکی از یک میدان الکتریکی اعمال شده ناشی می شود. نمونه‌هایی از موادی که در صورت تغییر شکل از ساختار استاتیکی خود، پیزوالکتریک قابل اندازه‌گیری تولید می‌کنند، کریستال‌های تیتانات زیرکونات سرب هستند. برعکس، کریستال ها می توانند بعد استاتیکی خود را با اعمال میدان الکتریکی خارجی تغییر دهند که به عنوان اثر پیزوالکتریک معکوس شناخته می شود و در تولید امواج اولتراسوند استفاده می شود.

Best strings for electric guitar

Share

Watch on

پیزوالکتریک برای کاربردهای مفید مختلفی مورد بهره برداری قرار گرفته است، مانند:

• تولید و تشخیص صدا
• چاپ جوهر افشان پیزوالکتریک
• تولید برق فشار قوی
• مولد ساعت
• لوازم برقی
• میکروبالانس ها
• نازل های اولتراسونیک را هدایت کنید
• مجموعه های نوری با فوکوس فوق العاده
• اساس میکروسکوپ های کاوشگر روبشی را برای تفکیک تصاویر در مقیاس اتم ها تشکیل می دهد
• پیکاپ در گیتارهای تقویت شده الکترونیکی
• ماشه ها در درام های الکترونیکی مدرن
• ایجاد جرقه برای احتراق گاز در وسایل پخت و پز و گرمایش
• مشعل و فندک

پیزوالکتریک همچنین کاربردهای روزمره را در اثر پیروالکتریک پیدا می کند که ماده ای است که در پاسخ به تغییر دما پتانسیل الکتریکی تولید می کند. این مورد توسط کارل لینه و فرانتس اپینوس در اواسط قرن هجدهم مورد مطالعه قرار گرفت و از دانش رنه هاوی و آنتوان سزار بکرل استفاده شد که رابطه ای بین تنش مکانیکی و بار الکتریکی را مطرح کردند. با این حال، آزمایش ها بی نتیجه بودند.

مشاهده یک کریستال پیزو در جبران کننده کوری در موزه هانتریان در اسکاتلند نمایشی از اثر مستقیم پیزوالکتریک است. این کار برادران پیر و ژاک کوری بود که ساختارهای کریستالی را که پیزوالکتریک را نشان می‌دادند، کاوش و تعریف کردند و با انتشار کتاب Lehrbuch der Kristallphysik (کتاب درسی فیزیک کریستال) ولدمار ووگت به اوج خود رسید. این کلاس‌های کریستالی طبیعی را که قادر به ایجاد پیزوالکتریک هستند توصیف می‌کند و ثابت‌های پیزوالکتریک را از طریق تحلیل تانسور به‌طور دقیق تعریف می‌کند، که منجر به کاربرد عملی دستگاه‌های پیزوالکتریک می‌شود.

سونار در طول جنگ جهانی اول ساخته شد، زمانی که پل لانگوین فرانسوی و همکارانش یک آشکارساز زیردریایی اولتراسونیک ساختند. این آشکارساز شامل یک مبدل ساخته شده از کریستال های نازک کوارتز بود که با دقت به صفحات فولادی چسبانده شده بودند و یک هیدروفون برای تشخیص پژواک برگشتی پس از انتشار یک پالس فرکانس بالا از مبدل. با اندازه‌گیری زمان لازم برای شنیدن پژواک امواج صوتی که از یک جسم پرتاب می‌شوند، توانستند فاصله جسم را با استفاده از پیزوالکتریک محاسبه کنند. موفقیت این پروژه توسعه و علاقه شدیدی را به دستگاه های پیزوالکتریک در طول دهه ها ایجاد کرد، با مواد پیزوالکتریک جدید و کاربردهای جدید برای این مواد در حال کشف و توسعه. دستگاه‌های پیزوالکتریک در بسیاری از زمینه‌ها خانه‌هایی پیدا کردند، مانند کارتریج‌های گرامافون سرامیکی، که طراحی پخش‌کننده را ساده‌تر کرد و دستگاه‌های ضبط ارزان‌تر و دقیق‌تر را ساخت و ساخت و نگهداری آن را ارزان‌تر و آسان‌تر کرد.

توسعه مبدل‌های اولتراسونیک امکان اندازه‌گیری آسان ویسکوزیته و کشسانی سیالات و جامدات را فراهم می‌آورد که منجر به پیشرفت‌های عظیم در تحقیقات مواد می‌شود. بازتاب سنج‌های حوزه زمان اولتراسونیک یک پالس اولتراسونیک را به یک ماده ارسال می‌کنند و بازتاب‌ها و ناپیوستگی‌ها را اندازه‌گیری می‌کنند تا عیب‌های درون اجسام فلزی و سنگی ریخته‌گری شده را پیدا کنند و ایمنی سازه را بهبود ببخشند. پس از جنگ جهانی دوم، گروه‌های تحقیقاتی مستقل در ایالات متحده، روسیه و ژاپن دسته جدیدی از مواد مصنوعی به نام فروالکتریک را کشف کردند که ثابت‌های پیزوالکتریک چندین برابر بیشتر از مواد طبیعی بود. این منجر به تحقیقات شدید برای توسعه تیتانات باریم و بعداً تیتانات زیرکونات سرب شد، موادی با خواص خاص برای کاربردهای خاص.

نمونه قابل توجهی از استفاده از کریستال های پیزوالکتریک توسط آزمایشگاه تلفن بل پس از جنگ جهانی دوم توسعه یافت. فردریک آر لاک، کار در بخش مهندسی رادیو تلفن،

فرآیند برگشت پذیر

پیزوالکتریک یک بار الکتریکی است که در مواد جامد خاصی مانند کریستال ها، سرامیک ها و مواد بیولوژیکی مانند استخوان و DNA تجمع می یابد. پاسخ این مواد به تنش مکانیکی اعمال شده است. کلمه پیزوالکتریک از کلمات یونانی "piezein" به معنی "فشرده کردن" یا "پرس" و "ēlektron" به معنای "کهربا"، منبع باستانی بار الکتریکی گرفته شده است.

اثر پیزوالکتریک از برهمکنش الکترومکانیکی خطی بین حالت‌های مکانیکی و الکتریکی مواد کریستالی با تقارن وارونگی حاصل می‌شود. این یک فرآیند برگشت پذیر است، به این معنی که موادی که پیزوالکتریک را نشان می دهند، اثر پیزوالکتریک معکوس را نیز نشان می دهند، که تولید داخلی کرنش مکانیکی ناشی از یک میدان الکتریکی اعمال شده است. نمونه هایی از موادی که پیزوالکتریک قابل اندازه گیری تولید می کنند شامل کریستال های تیتانات زیرکونات سرب است. هنگامی که ساختار ساکن این کریستال ها تغییر شکل می دهد، به بعد اولیه خود باز می گردند و برعکس، زمانی که میدان الکتریکی خارجی اعمال می شود، بعد استاتیک خود را تغییر می دهند و امواج اولتراسوند تولید می کنند.

فیزیکدانان فرانسوی، ژاک و پیر کوری، پیزوالکتریک را در سال 1880 کشف کردند. از آن زمان برای کاربردهای مفید مختلفی از جمله تولید و تشخیص صدا، چاپ جوهرافشان پیزوالکتریک، تولید برق با ولتاژ بالا، ژنراتورهای ساعت، دستگاه های الکترونیکی، میکروبالانس ها، استفاده شده است. درایو نازل های اولتراسونیک و مجموعه های نوری با فوکوس بسیار ظریف. همچنین پایه ای برای اسکن میکروسکوپ های کاوشگر است که می تواند تصاویر را در مقیاس اتم ها تشخیص دهد. پیزوالکتریک همچنین در پیکاپ‌های گیتارهای تقویت‌شده الکترونیکی و ماشه‌های درام‌های الکترونیکی مدرن استفاده می‌شود.

پیزوالکتریک همچنین کاربردهای روزمره دارد، مانند ایجاد جرقه برای احتراق گاز در وسایل پخت و پز و گرمایش، مشعل ها، فندک ها و موارد دیگر. اثر پیرالکتریک، که در آن یک ماده در پاسخ به تغییر دما، پتانسیل الکتریکی تولید می‌کند، توسط کارل لینائوس، فرانتس اپینوس و رنه هاوی در اواسط قرن هجدهم با تکیه بر دانش کهربا مورد مطالعه قرار گرفت. آنتوان سزار بکرل یک رابطه بین تنش مکانیکی و بار الکتریکی را مطرح کرد، اما آزمایش‌ها بی‌نتیجه بودند.

بازدیدکنندگان موزه هانتریان در گلاسکو می توانند جبران کننده کریستال کوری پیزو، نمایشی از اثر مستقیم پیزوالکتریک توسط برادران پیر و ژاک کوری را مشاهده کنند. ترکیب دانش آنها از پیرالکتریک با درک ساختارهای کریستالی زیربنایی باعث پیش‌بینی پیرالکتریک و توانایی پیش‌بینی رفتار کریستالی شد. این با تأثیر کریستال هایی مانند تورمالین، کوارتز، توپاز، شکر نیشکر و نمک روشل نشان داده شد. تتراهیدرات تارتارات سدیم و پتاسیم و کوارتز نیز پیزوالکتریک را نشان دادند و یک دیسک پیزوالکتریک برای تولید ولتاژ در هنگام تغییر شکل استفاده شد. این تغییر شکل توسط کوری ها برای پیش بینی اثر پیزوالکتریک معکوس تا حد زیادی اغراق شده بود. اثر معکوس از اصول بنیادی ترمودینامیکی توسط گابریل لیپمن در سال 1881 استنتاج شد.

کوری ها بلافاصله وجود اثر معکوس را تأیید کردند و به دنبال اثبات کمی برگشت پذیری کامل تغییر شکل های الکتروالاستو-مکانیکی در کریستال های پیزوالکتریک شدند. برای چندین دهه، پیزوالکتریک به عنوان یک کنجکاوی آزمایشگاهی باقی ماند، اما ابزاری حیاتی در کشف پولونیوم و رادیوم توسط پیر و ماری کوری بود. کار آنها برای کاوش و تعریف ساختارهای کریستالی که پیزوالکتریک را به نمایش گذاشتند با انتشار کتاب Lehrbuch der Kristallphysik (کتاب درسی فیزیک کریستال) اثر ولدمار ووگت به اوج خود رسید. این کلاس‌های کریستالی طبیعی را که قادر به پیزوالکتریک هستند توصیف می‌کند و ثابت‌های پیزوالکتریک را با استفاده از تحلیل تانسور به دقت تعریف می‌کند.

کاربرد عملی دستگاه های پیزوالکتریک، مانند سونار، در طول جنگ جهانی اول توسعه یافت. در فرانسه، Paul Langevin و همکارانش یک آشکارساز زیردریایی اولتراسونیک ساختند. این آشکارساز شامل یک مبدل ساخته شده از کریستال های نازک کوارتز بود که به دقت روی صفحات فولادی چسبانده شده بود و یک هیدروفون برای تشخیص پژواک برگشتی. آنها با انتشار یک پالس با فرکانس بالا از مبدل و اندازه گیری زمان لازم برای شنیدن پژواک امواج صوتی که از یک جسم پرتاب می شوند، توانستند فاصله جسم را محاسبه کنند. آنها از پیزوالکتریک برای موفقیت این سونار استفاده کردند. این پروژه توسعه و علاقه شدیدی به دستگاه های پیزوالکتریک ایجاد کرد و در طول دهه ها مواد پیزوالکتریک جدید و کاربردهای جدید برای این مواد کشف و توسعه یافتند. دستگاه های پیزوالکتریک

چه چیزی باعث ایجاد پیزوالکتریک می شود؟

در این بخش، منشا پیزوالکتریک و مواد مختلفی که این پدیده را نشان می‌دهند را بررسی می‌کنم. من به کلمه یونانی "piezein"، منبع باستانی بار الکتریکی، و اثر pyroelectricity نگاه خواهم کرد. من همچنین در مورد اکتشافات پیر و ژاک کوری و توسعه دستگاه های پیزوالکتریک در قرن بیستم بحث خواهم کرد.

کلمه یونانی Piezein

پیزوالکتریک عبارت است از تجمع بار الکتریکی در برخی مواد جامد مانند کریستال ها، سرامیک ها و مواد بیولوژیکی مانند استخوان و DNA. این ناشی از پاسخ این مواد به تنش مکانیکی اعمال می شود. کلمه پیزوالکتریک از کلمه یونانی "piezein" به معنای "فشردن یا فشار دادن" و "ēlektron" به معنای "کهربا" منبع باستانی بار الکتریکی گرفته شده است.

اثر پیزوالکتریک از برهمکنش الکترومکانیکی خطی بین حالت‌های مکانیکی و الکتریکی مواد کریستالی با تقارن وارونگی حاصل می‌شود. این یک فرآیند برگشت پذیر است، به این معنی که موادی که پیزوالکتریک را نشان می دهند، اثر پیزوالکتریک معکوس را نیز نشان می دهند، که تولید داخلی کرنش مکانیکی ناشی از یک میدان الکتریکی اعمال شده است. برای مثال، کریستال‌های تیتانات زیرکونات سرب، زمانی که ساختار استاتیکی آن‌ها از بعد اصلی تغییر شکل می‌دهد، پیزوالکتریک قابل اندازه‌گیری تولید می‌کنند. برعکس، کریستال ها می توانند بعد استاتیکی خود را با اعمال میدان الکتریکی خارجی تغییر دهند، که به عنوان اثر پیزوالکتریک معکوس شناخته می شود و تولید امواج فراصوت است.

فیزیکدانان فرانسوی، ژاک و پیر کوری، پیزوالکتریک را در سال 1880 کشف کردند. اثر پیزوالکتریک برای بسیاری از کاربردهای مفید، از جمله تولید و تشخیص صدا، چاپ جوهر افشان پیزوالکتریک، تولید برق با ولتاژ بالا، ژنراتورهای ساعت، و دستگاه های الکترونیکی مانند میکروبالانس مورد استفاده قرار گرفته است. ، نازل های اولتراسونیک و مجموعه های نوری با فوکوس فوق العاده ظریف را هدایت کنید. همچنین اساس میکروسکوپ های کاوشگر روبشی را تشکیل می دهد که می توانند تصاویر را در مقیاس اتم ها تفکیک کنند. پیزوالکتریک همچنین در پیکاپ‌های گیتارهای تقویت‌شده الکترونیکی و ماشه‌های درام‌های الکترونیکی مدرن استفاده می‌شود.

پیزوالکتریک کاربردهای روزمره دارد، مانند تولید جرقه برای احتراق گاز در وسایل پخت و پز و گرمایش، مشعل ها، فندک ها و موارد دیگر. اثر پیروالکتریک، که تولید پتانسیل الکتریکی در پاسخ به تغییر دما است، توسط کارل لینائوس و فرانتس اپینوس در اواسط قرن هجدهم با تکیه بر دانش رنه هاوی و آنتوان سزار بکرل مورد مطالعه قرار گرفت. استرس مکانیکی و بار الکتریکی آزمایش ها بی نتیجه بودند.

در موزه اسکاتلند، بازدیدکنندگان می توانند یک جبران کننده کریستال پیزو کوری را مشاهده کنند که نمایشی از اثر مستقیم پیزوالکتریک توسط برادران پیر و ژاک کوری است. ترکیب دانش آنها از پیرالکتریک با درک ساختارهای کریستالی زیربنایی باعث پیش‌بینی پیروالکتریک و توانایی پیش‌بینی رفتار کریستالی شد. این با تأثیر کریستال هایی مانند تورمالین، کوارتز، توپاز، شکر نیشکر و نمک روشل نشان داده شد. سدیم پتاسیم تارتارات تتراهیدرات و کوارتز از نمک روشل پیزوالکتریکی را نشان دادند و یک دیسک پیزوالکتریک هنگام تغییر شکل ولتاژ تولید می کند. این تغییر شکل در نمایش کوری ها بسیار اغراق آمیز است.

کوری در ادامه به اثبات کمی برگشت پذیری کامل تغییر شکل های الکتروالاستو-مکانیکی در کریستال های پیزوالکتریک دست یافت. برای چندین دهه، پیزوالکتریک به عنوان یک کنجکاوی آزمایشگاهی باقی ماند تا اینکه به ابزاری حیاتی در کشف پولونیوم و رادیوم توسط پیر و ماری کوری تبدیل شد. کار آنها برای کاوش و تعریف ساختارهای کریستالی که پیزوالکتریک را به نمایش گذاشتند با انتشار کتاب Lehrbuch der Kristallphysik (کتاب درسی فیزیک کریستال) اثر ولدمار ووگت به اوج خود رسید. این کلاس‌های کریستال طبیعی را که قادر به پیزوالکتریک هستند توصیف می‌کند و ثابت‌های پیزوالکتریک را از طریق تحلیل تانسور به‌طور دقیق تعریف می‌کند.

این کاربرد عملی پیزوالکتریک منجر به توسعه سونار در طول جنگ جهانی اول شد. در فرانسه، Paul Langevin و همکارانش یک آشکارساز زیردریایی اولتراسونیک ساختند. این آشکارساز شامل یک مبدل ساخته شده از کریستال های نازک کوارتز بود که به دقت روی صفحات فولادی چسبانده شده بود که هیدروفون نامیده می شد تا پژواک برگشتی را پس از انتشار یک پالس فرکانس بالا تشخیص دهد. مبدل زمان لازم برای شنیدن پژواک امواج صوتی را که از یک جسم تاب می‌خورد اندازه‌گیری کرد تا فاصله جسم را محاسبه کند. استفاده از پیزوالکتریک در سونار موفقیت آمیز بود و این پروژه برای چندین دهه توسعه و علاقه شدیدی به دستگاه های پیزوالکتریک ایجاد کرد.

مواد پیزوالکتریک جدید و کاربردهای جدید برای این مواد کاوش و توسعه یافتند و دستگاه‌های پیزوالکتریک خانه‌هایی را در زمینه‌های بسیاری پیدا کردند، مانند کارتریج‌های گرامافون سرامیکی، که طراحی پخش‌کننده را ساده می‌کرد و دستگاه‌های ضبط ارزان‌تر و دقیق‌تری را ایجاد می‌کرد که نگهداری ارزان‌تر و آسان‌تر بود. ساختن. توسعه

منبع باستانی شارژ الکتریکی

پیزوالکتریکی بار الکتریکی است که در مواد جامد خاصی مانند کریستال ها، سرامیک ها و مواد بیولوژیکی مانند استخوان و DNA تجمع می یابد. این ناشی از پاسخ ماده به تنش مکانیکی اعمال می شود. کلمه پیزوالکتریک از کلمه یونانی piezein به معنای فشار دادن یا فشار دادن و کلمه elektron به معنی کهربا منبع باستانی بار الکتریکی گرفته شده است.

اثر پیزوالکتریک از برهمکنش الکترومکانیکی خطی بین حالت‌های مکانیکی و الکتریکی مواد کریستالی با تقارن وارونگی حاصل می‌شود. این یک فرآیند برگشت پذیر است، به این معنی که موادی که پیزوالکتریک را نشان می دهند، اثر پیزوالکتریک معکوس را نیز نشان می دهند، که تولید داخلی کرنش مکانیکی ناشی از یک میدان الکتریکی اعمال شده است. برای مثال، کریستال‌های تیتانات زیرکونات سرب، زمانی که ساختار استاتیکی آن‌ها از بعد اصلی تغییر شکل می‌دهد، پیزوالکتریک قابل اندازه‌گیری تولید می‌کنند. برعکس، وقتی یک میدان الکتریکی خارجی اعمال می‌شود، کریستال‌ها بعد استاتیکی خود را در اثر پیزوالکتریک معکوس تغییر می‌دهند و امواج فراصوت تولید می‌کنند.

اثر پیزوالکتریک در سال 1880 توسط فیزیکدانان فرانسوی ژاک و پیر کوری کشف شد. برای کاربردهای مفید مختلفی از جمله تولید و تشخیص صدا، چاپ جوهرافشان پیزوالکتریک، تولید برق با ولتاژ بالا، ژنراتورهای ساعت، و دستگاه‌های الکترونیکی مانند میکروبالانس‌ها و درایو نازل‌های اولتراسونیک برای فوکوس فوق‌العاده مجموعه‌های نوری مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین پایه ای برای اسکن میکروسکوپ های کاوشگر است که برای تشخیص تصاویر در مقیاس اتم ها استفاده می شود. پیزوالکتریک همچنین در پیکاپ‌های گیتارهای تقویت‌شده الکترونیکی و ماشه‌های درام‌های الکترونیکی مدرن استفاده می‌شود.

پیزوالکتریک در تولید جرقه برای احتراق گاز در وسایل پخت و پز و گرمایش، مشعل ها، فندک ها و موارد دیگر کاربردهای روزمره دارد. اثر پیروالکتریک، که تولید پتانسیل الکتریکی در پاسخ به تغییر دما است، توسط کارل لینائوس و فرانتس اپینوس در اواسط قرن هجدهم با تکیه بر دانش رنه هاوی و آنتوان سزار بکرل که رابطه ای بین مکانیک را مطرح کردند مورد مطالعه قرار گرفت. استرس و بار الکتریکی با این حال، آزمایشات آنها بی نتیجه بود.

نمای یک کریستال پیزو و جبران کننده کوری در موزه هانترین در اسکاتلند اثر مستقیم پیزوالکتریک را نشان می دهد. این کار برادران پیر و ژاک کوری بود که ساختارهای کریستالی را که پیزوالکتریک را نشان می‌دادند، کاوش و تعریف کردند و با انتشار کتاب Lehrbuch der Kristallphysik (کتاب درسی فیزیک کریستال) ولدمار ووگت به اوج خود رسید. این کلاس‌های کریستالی طبیعی را که قادر به ایجاد پیزوالکتریک هستند توصیف می‌کند و ثابت‌های پیزوالکتریک را از طریق تجزیه و تحلیل تانسور به‌طور دقیق تعریف می‌کند و امکان کاربرد عملی دستگاه‌های پیزوالکتریک را فراهم می‌کند.

سونار در طول جنگ جهانی اول توسط پل لانگوین فرانسوی و همکارانش ساخته شد که یک آشکارساز زیردریایی اولتراسونیک را توسعه دادند. این آشکارساز شامل یک مبدل ساخته شده از کریستال های نازک کوارتز بود که با دقت به صفحات فولادی چسبانده شده بودند و یک هیدروفون برای تشخیص پژواک برگشتی. آنها با انتشار یک پالس فرکانس بالا از مبدل و اندازه گیری زمان لازم برای شنیدن پژواک امواج صوتی که از یک جسم پرتاب می شوند، توانستند فاصله تا جسم را محاسبه کنند. آنها از پیزوالکتریک برای موفقیت این سونار استفاده کردند. این پروژه برای چندین دهه توسعه و علاقه شدیدی به دستگاه های پیزوالکتریک ایجاد کرد.

پیرو الکتریسیته

پیزوالکتریک توانایی برخی مواد برای تجمع بار الکتریکی در پاسخ به تنش مکانیکی اعمال شده است. این یک برهمکنش الکترومکانیکی خطی بین حالت های مکانیکی و الکتریکی مواد کریستالی با تقارن وارونگی است. کلمه پیزوالکتریک از کلمه یونانی piezein که به معنی فشار دادن یا فشار دادن است و کلمه یونانی ēlektron به معنی کهربا منبع باستانی بار الکتریکی گرفته شده است.

اثر پیزوالکتریک توسط فیزیکدانان فرانسوی ژاک و پیر کوری در سال 1880 کشف شد. این یک فرآیند برگشت پذیر است، به این معنی که موادی که اثر پیزوالکتریک را نشان می دهند، اثر پیزوالکتریک معکوس را نیز نشان می دهند، که تولید داخلی کرنش مکانیکی ناشی از یک میدان الکتریکی کاربردی است. نمونه هایی از موادی که پیزوالکتریک قابل اندازه گیری تولید می کنند شامل کریستال های تیتانات زیرکونات سرب است. هنگامی که یک ساختار استاتیک تغییر شکل می دهد، به بعد اولیه خود باز می گردد. برعکس، هنگامی که یک میدان الکتریکی خارجی اعمال می شود، اثر پیزوالکتریک معکوس ایجاد می شود و در نتیجه امواج اولتراسوند تولید می شود.

اثر پیزوالکتریک برای بسیاری از کاربردهای مفید، از جمله تولید و تشخیص صدا، چاپ جوهرافشان پیزوالکتریک، تولید برق با ولتاژ بالا، ژنراتورهای ساعت، و دستگاه‌های الکترونیکی مانند میکروبالانس‌ها، نازل‌های اولتراسونیک درایو، و مجموعه‌های نوری با فوکوس فوق‌العاده مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین پایه ای برای اسکن میکروسکوپ های کاوشگر است که برای تشخیص تصاویر در مقیاس اتم ها استفاده می شود. پیزوالکتریک همچنین در پیکاپ‌ها برای گیتارهای تقویت‌شده الکترونیکی و ماشه‌ها برای درام‌های الکترونیکی مدرن استفاده می‌شود.

پیزوالکتریک کاربردهای روزمره دارد، مانند تولید جرقه برای احتراق گاز در وسایل پخت و پز و گرمایش، مشعل ها، فندک ها و موارد دیگر. اثر پیروالکتریک، که تولید پتانسیل الکتریکی در پاسخ به تغییر دما است، توسط کارل لینائوس و فرانتس اپینوس در اواسط قرن هجدهم با تکیه بر دانش رنه هاوی و آنتوان سزار بکرل که رابطه ای را مطرح کرده بودند مورد مطالعه قرار گرفت. بین استرس مکانیکی و بار الکتریکی با این حال، آزمایش ها بی نتیجه بودند.

نمای یک کریستال پیزو در موزه جبران ساز کوری در اسکاتلند نمایشی از اثر مستقیم پیزوالکتریک است. برادران پیر و ژاک کوری دانش خود از پیرو الکتریک و درک خود از ساختارهای کریستالی زیرین را ترکیب کردند تا به درک پیرو الکتریک و پیش بینی رفتار کریستال منجر شوند. این در اثر کریستال هایی مانند تورمالین، کوارتز، توپاز، شکر نیشکر و نمک روشل نشان داده شد. سدیم پتاسیم تارتارات تتراهیدرات و کوارتز پیزوالکتریک را نشان می‌دهند و یک دیسک پیزوالکتریک برای تولید ولتاژ در هنگام تغییر شکل استفاده شد. کوری ها برای پیش بینی اثر پیزوالکتریک معکوس این موضوع را تا حد زیادی اغراق کردند. اثر معکوس توسط اصول ترمودینامیکی بنیادی توسط گابریل لیپمن در سال 1881 استنتاج شد.

کوری ها بلافاصله وجود اثر معکوس را تأیید کردند و به دنبال اثبات کمی برگشت پذیری کامل تغییر شکل های الکتروالاستو-مکانیکی در کریستال های پیزوالکتریک شدند. در دهه های بعد، پیزوالکتریک به عنوان یک کنجکاوی آزمایشگاهی باقی ماند تا اینکه به ابزاری حیاتی در کشف پولونیوم و رادیوم توسط پیر و ماری کوری تبدیل شد. کار آنها برای کاوش و تعریف ساختارهای کریستالی که پیزوالکتریک را به نمایش گذاشتند با انتشار کتاب Lehrbuch der Kristallphysik (کتاب درسی فیزیک کریستال) اثر ولدمار ووگت به اوج خود رسید.

توسعه سونار موفقیت آمیز بود و این پروژه توسعه و علاقه شدیدی به دستگاه های پیزوالکتریک ایجاد کرد. در دهه های بعد، مواد پیزوالکتریک جدید و کاربردهای جدید برای این مواد کشف و توسعه یافتند. دستگاه‌های پیزوالکتریک در بسیاری از زمینه‌ها خانه‌هایی پیدا کردند، مانند کارتریج‌های گرامافون سرامیکی، که طراحی پخش‌کننده را ساده‌تر کرد و دستگاه‌های ضبط ارزان‌تر و دقیق‌تری را ایجاد کرد که نگهداری ارزان‌تر و ساخت آسان‌تر بود. توسعه مبدل‌های اولتراسونیک امکان اندازه‌گیری آسان ویسکوزیته و کشسانی سیالات و جامدات را فراهم کرد که در نتیجه پیشرفت‌های عظیمی در تحقیقات مواد حاصل شد. بازتاب سنج‌های حوزه زمان اولتراسونیک یک پالس اولتراسونیک را به یک ماده ارسال می‌کنند و بازتاب‌ها و ناپیوستگی‌ها را اندازه‌گیری می‌کنند تا عیب‌های درون اجسام فلزی و سنگی ریخته‌گری شده را پیدا کنند و ایمنی سازه را بهبود ببخشند.

پس از جنگ جهانی دوم، گروه های تحقیقاتی مستقل در ایالات متحده، روسیه و ژاپن دسته جدیدی از مواد مصنوعی به نام فروالکتریک را کشف کردند که ثابت های پیزوالکتریک را نشان می داد.

مواد پیزوالکتریک

در این بخش، من در مورد موادی بحث خواهم کرد که اثر پیزوالکتریک را نشان می‌دهند، که توانایی برخی مواد برای تجمع بار الکتریکی در پاسخ به تنش مکانیکی اعمال شده است. من به کریستال‌ها، سرامیک‌ها، مواد بیولوژیکی، استخوان، DNA و پروتئین‌ها و چگونگی واکنش همه آنها به اثر پیزوالکتریک نگاه خواهم کرد.

کریستال

پیزوالکتریک توانایی برخی مواد برای تجمع بار الکتریکی در پاسخ به تنش مکانیکی اعمال شده است. کلمه پیزوالکتریک از کلمات یونانی πιέζειν (piezein) به معنای فشار دادن یا فشار دادن و ἤλεκτρον (ēlektron) به معنای کهربا، منبع باستانی بار الکتریکی گرفته شده است. مواد پیزوالکتریک شامل کریستال ها، سرامیک ها، مواد بیولوژیکی، استخوان، DNA و پروتئین ها هستند.

پیزوالکتریکی یک برهمکنش الکترومکانیکی خطی بین حالت های مکانیکی و الکتریکی در مواد کریستالی با تقارن وارونگی است. این اثر برگشت پذیر است، به این معنی که موادی که پیزوالکتریک را نشان می دهند، اثر پیزوالکتریک معکوس را نیز نشان می دهند، که تولید داخلی کرنش مکانیکی ناشی از یک میدان الکتریکی اعمال شده است. نمونه‌هایی از موادی که پیزوالکتریک قابل اندازه‌گیری تولید می‌کنند شامل کریستال‌های تیتانات زیرکونات سرب هستند که می‌توانند به بعد اصلی خود تغییر شکل دهند یا برعکس، بعد استاتیکی خود را با اعمال میدان الکتریکی خارجی تغییر دهند. این به عنوان اثر پیزوالکتریک معکوس شناخته می شود و برای تولید امواج اولتراسوند استفاده می شود.

فیزیکدانان فرانسوی، ژاک و پیر کوری، پیزوالکتریک را در سال 1880 کشف کردند. اثر پیزوالکتریک برای کاربردهای مفید مختلفی از جمله تولید و تشخیص صدا، چاپ جوهرافشان پیزوالکتریک، تولید برق با ولتاژ بالا، ژنراتورهای ساعت و دستگاه‌های الکترونیکی مورد استفاده قرار گرفته است. به عنوان میکروبالان، نازل های اولتراسونیک درایو و مجموعه های نوری با فوکوس بسیار ظریف. همچنین پایه ای برای اسکن میکروسکوپ های کاوشگر است که برای تشخیص تصاویر در مقیاس اتم ها استفاده می شود. پیکاپ های پیزوالکتریک همچنین در گیتارهای تقویت شده الکترونیکی و ماشه ها در درام های الکترونیکی مدرن استفاده می شوند.

پیزوالکتریک در تولید جرقه برای احتراق گاز در وسایل پخت و پز و گرمایش و همچنین در مشعل ها و فندک ها کاربردهای روزمره دارد. اثر پیروالکتریک، که تولید پتانسیل الکتریکی در پاسخ به تغییر دما است، توسط کارل لینائوس و فرانتس اپینوس در اواسط قرن هجدهم با تکیه بر دانش رنه هاوی و آنتوان سزار بکرل، که رابطه ای بین مکانیک را مطرح کردند، مورد مطالعه قرار گرفت. استرس و بار الکتریکی آزمایشات برای اثبات این نظریه بی نتیجه بود.

نمای یک کریستال پیزو در جبران کننده کوری در موزه هانتریان در اسکاتلند نمایشی از اثر مستقیم پیزوالکتریک است. برادران پیر و ژاک کوری دانش خود را از پیرالکتریک با درک ساختارهای کریستالی زیرین ترکیب کردند تا منجر به پیش‌بینی پیرو الکتریسیته شوند. آنها توانستند رفتار کریستال را پیش بینی کنند و اثر آن را در کریستال هایی مانند تورمالین، کوارتز، توپاز، شکر نیشکر و نمک روشل نشان دادند. سدیم پتاسیم تارتارات تتراهیدرات و کوارتز نیز پیزوالکتریکی را نشان دادند. یک دیسک پیزوالکتریک هنگام تغییر شکل ولتاژ تولید می کند. تغییر شکل در نمایش کوری ها بسیار اغراق آمیز است.

آنها همچنین قادر به پیش بینی اثر پیزوالکتریک معکوس و استنتاج ریاضی اصول اساسی ترمودینامیکی در پشت آن بودند. گابریل لیپمن این کار را در سال 1881 انجام داد. کوری ها فوراً وجود اثر معکوس را تأیید کردند و به اثبات کمی برگشت پذیری کامل تغییر شکل های الکتروالاستو-مکانیکی در کریستال های پیزوالکتریک ادامه دادند.

برای چندین دهه، پیزوالکتریک به عنوان یک کنجکاوی آزمایشگاهی باقی ماند، اما ابزاری حیاتی در کشف پولونیوم و رادیوم توسط پیر و ماری کوری بود. کار آنها برای کاوش و تعریف ساختارهای کریستالی که پیزوالکتریک را نشان می‌دهند با انتشار کتاب Lehrbuch der Kristallphysik (کتاب درسی فیزیک کریستال) اثر ولدمار وویگت به اوج خود رسید، که طبقات کریستالی طبیعی را که قادر به پیزوالکتریک هستند و با استفاده از پیزوالکتریک ثابت‌های الکتریکی تجزیه و تحلیل دقیقی تعریف می‌کردند، به اوج رسید.

کاربرد عملی دستگاه های پیزوالکتریک در سونار در طول جنگ جهانی اول توسعه یافت. در فرانسه، Paul Langevin و همکارانش یک آشکارساز زیردریایی اولتراسونیک ساختند. این آشکارساز از یک مبدل ساخته شده از کریستال های نازک کوارتز تشکیل شده بود که به دقت روی صفحات فولادی چسبانده شده بود که هیدروفون نامیده می شد تا پژواک برگشتی را پس از انتشار یک پالس فرکانس بالا تشخیص دهد. با اندازه‌گیری زمان لازم برای شنیدن پژواک امواج صوتی که از یک جسم پرتاب می‌شوند، توانستند فاصله تا جسم را محاسبه کنند. این استفاده از پیزوالکتریک در سونار موفقیت آمیز بود و این پروژه در طول دهه ها توسعه و علاقه شدیدی به دستگاه های پیزوالکتریک ایجاد کرد.

سرامیک

مواد پیزوالکتریک جامداتی هستند که در پاسخ به تنش های مکانیکی اعمال شده بار الکتریکی را جمع می کنند. پیزوالکتریسیته از کلمات یونانی πιέζειν (piezein) به معنای فشار دادن یا فشار دادن و ἤλεκτρον (ēlektron) به معنای کهربا، منبع باستانی بار الکتریکی گرفته شده است. مواد پیزوالکتریک در کاربردهای مختلفی از جمله تولید و تشخیص صدا، چاپ جوهرافشان پیزوالکتریک و تولید برق با ولتاژ بالا استفاده می شود.

مواد پیزوالکتریک در کریستال ها، سرامیک ها، مواد بیولوژیکی، استخوان، DNA و پروتئین ها یافت می شوند. سرامیک ها رایج ترین مواد پیزوالکتریک مورد استفاده در کاربردهای روزمره هستند. سرامیک ها از ترکیبی از اکسیدهای فلزی مانند سرب زیرکونات تیتانات (PZT) ساخته می شوند که تا دمای بالا برای تشکیل یک جامد گرم می شوند. سرامیک ها بسیار بادوام هستند و می توانند دما و فشار شدید را تحمل کنند.

سرامیک های پیزوالکتریک کاربردهای مختلفی دارند، از جمله:

• ایجاد جرقه برای احتراق گاز برای وسایل پخت و پز و گرمایش، مانند مشعل و فندک.
• تولید امواج اولتراسوند برای تصویربرداری پزشکی.
• تولید برق با ولتاژ بالا برای ژنراتورهای ساعت و دستگاه های الکترونیکی.
• تولید میکروبالانس برای استفاده در توزین دقیق.
• راندن نازل های اولتراسونیک برای فوکوس بسیار ریز مجموعه های نوری.
• تشکیل پایه ای برای اسکن میکروسکوپ های کاوشگر، که می توانند تصاویر را در مقیاس اتم ها تفکیک کنند.
• پیکاپ برای گیتارهای تقویت شده الکترونیکی و ماشه برای درام الکترونیکی مدرن.

سرامیک های پیزوالکتریک در طیف گسترده ای از کاربردها، از لوازم الکترونیکی مصرفی گرفته تا تصویربرداری پزشکی استفاده می شوند. آنها بسیار بادوام هستند و می توانند دما و فشارهای شدید را تحمل کنند و برای استفاده در صنایع مختلف ایده آل هستند.

ماده بیولوژیکی

پیزوالکتریک توانایی برخی مواد برای تجمع بار الکتریکی در پاسخ به تنش مکانیکی اعمال شده است. این کلمه از کلمه یونانی "piezein" به معنای "فشرده کردن یا فشار دادن" و "ēlektron" به معنای "کهربا"، منبع باستانی بار الکتریکی گرفته شده است.

مواد بیولوژیکی مانند استخوان، DNA و پروتئین ها از جمله موادی هستند که پیزوالکتریک از خود نشان می دهند. این اثر برگشت پذیر است، به این معنی که موادی که پیزوالکتریک را نشان می دهند، اثر پیزوالکتریک معکوس را نیز نشان می دهند، که تولید داخلی کرنش مکانیکی ناشی از یک میدان الکتریکی اعمال شده است. نمونه‌هایی از این مواد شامل کریستال‌های تیتانات زیرکونات سرب است که وقتی ساختار استاتیکی آنها از ابعاد اصلی تغییر شکل می‌دهد، پیزوالکتریک قابل اندازه‌گیری تولید می‌کنند. برعکس، هنگامی که یک میدان الکتریکی خارجی اعمال می شود، کریستال ها بعد استاتیک خود را تغییر می دهند و امواج اولتراسوند را از طریق اثر پیزوالکتریک معکوس تولید می کنند.

کشف پیزوالکتریک توسط فیزیکدانان فرانسوی ژاک و پیر کوری در سال 1880 انجام شد. از آن زمان تاکنون برای کاربردهای مفید مختلفی مورد بهره برداری قرار گرفته است، مانند:

• تولید و تشخیص صدا
• چاپ جوهر افشان پیزوالکتریک
• تولید برق فشار قوی
• مولد ساعت
• لوازم برقی
• میکروبالانس ها
• نازل های اولتراسونیک را هدایت کنید
• مجموعه های نوری با فوکوس فوق العاده
• اساس میکروسکوپ های پروب روبشی را تشکیل می دهد
• تصاویر را در مقیاس اتم ها حل کنید
• پیکاپ در گیتارهای تقویت شده الکترونیکی
• ماشه ها در درام های الکترونیکی مدرن

پیزوالکتریک همچنین در اقلام روزمره مانند وسایل پخت و پز و گرمایش گاز، مشعل، فندک و غیره استفاده می شود. اثر پیرالکتریک، که تولید پتانسیل الکتریکی در پاسخ به تغییر دما است، توسط کارل لینائوس و فرانتس اپینوس در اواسط قرن هجدهم مورد مطالعه قرار گرفت. آنها با تکیه بر دانش رنه هاوی و آنتوان سزار بکرل، رابطه ای بین تنش مکانیکی و بار الکتریکی مطرح کردند، اما آزمایشات آنها بی نتیجه بود.

نمای یک کریستال پیزو در کوری جبران کننده در موزه هانتریان در اسکاتلند نمایشی از اثر مستقیم پیزوالکتریک است. برادران پیر و ژاک کوری دانش خود از پیرو الکتریسیته و درک خود از ساختارهای کریستالی زیرین را ترکیب کردند تا منجر به پیش‌بینی پیروالکتریک و پیش‌بینی رفتار کریستال شوند. این امر با تأثیر کریستال هایی مانند تورمالین، کوارتز، توپاز، نیشکر و نمک روشل نشان داده شد. تتراهیدرات تارتارات سدیم و پتاسیم و کوارتز نیز پیزوالکتریک را نشان دادند و یک دیسک پیزوالکتریک برای تولید ولتاژ در هنگام تغییر شکل استفاده شد. این اثر توسط کوری ها برای پیش بینی اثر پیزوالکتریک معکوس تا حد زیادی اغراق شده بود. اثر معکوس از اصول بنیادی ترمودینامیکی توسط گابریل لیپمن در سال 1881 استنتاج شد.

کوری ها بلافاصله وجود اثر معکوس را تأیید کردند و به دنبال اثبات کمی برگشت پذیری کامل تغییر شکل های الکتروالاستو-مکانیکی در کریستال های پیزوالکتریک شدند. برای چندین دهه، پیزوالکتریک به عنوان یک کنجکاوی آزمایشگاهی باقی ماند تا اینکه به ابزاری حیاتی در کشف پولونیوم و رادیوم توسط پیر و ماری کوری تبدیل شد. کار آنها برای کاوش و تعریف ساختارهای کریستالی که پیزوالکتریک را به نمایش می گذاشتند با انتشار "Lehrbuch der Kristallphysik" (کتاب درسی فیزیک کریستال) ولدمار ووگت به اوج خود رسید.

استخوان

پیزوالکتریک توانایی برخی مواد برای تجمع بار الکتریکی در پاسخ به تنش مکانیکی اعمال شده است. استخوان یکی از این مواد است که این پدیده را نشان می دهد.

استخوان نوعی ماده بیولوژیکی است که از پروتئین ها و مواد معدنی از جمله کلاژن، کلسیم و فسفر تشکیل شده است. این پیزوالکتریک ترین در بین تمام مواد بیولوژیکی است و می تواند در صورت قرار گرفتن در معرض فشار مکانیکی ولتاژ ایجاد کند.

اثر پیزوالکتریک در استخوان نتیجه ساختار منحصر به فرد آن است. از شبکه ای از الیاف کلاژن تشکیل شده است که در ماتریسی از مواد معدنی جاسازی شده اند. هنگامی که استخوان تحت فشار مکانیکی قرار می گیرد، الیاف کلاژن حرکت می کند و باعث قطبی شدن مواد معدنی و تولید بار الکتریکی می شود.

اثر پیزوالکتریک در استخوان تعدادی کاربرد عملی دارد. در تصویربرداری پزشکی، مانند تصویربرداری اولتراسوند و اشعه ایکس، برای تشخیص شکستگی استخوان و سایر ناهنجاری ها استفاده می شود. همچنین در سمعک‌های هدایت استخوانی استفاده می‌شود که از اثر پیزوالکتریک برای تبدیل امواج صوتی به سیگنال‌های الکتریکی که مستقیماً به گوش داخلی فرستاده می‌شوند، استفاده می‌شود.

اثر پیزوالکتریک در استخوان در ایمپلنت های ارتوپدی مانند مفاصل مصنوعی و اندام های مصنوعی نیز استفاده می شود. ایمپلنت ها از اثر پیزوالکتریک برای تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی استفاده می کنند که سپس برای تامین انرژی دستگاه استفاده می شود.

علاوه بر این، اثر پیزوالکتریک در استخوان برای استفاده در توسعه درمان‌های پزشکی جدید مورد بررسی قرار گرفته است. به عنوان مثال، محققان در حال بررسی استفاده از پیزوالکتریک برای تحریک رشد استخوان و ترمیم بافت آسیب دیده هستند.

به طور کلی، اثر پیزوالکتریک در استخوان یک پدیده جذاب با طیف گسترده ای از کاربردهای عملی است. این در انواع کاربردهای پزشکی و فناوری مورد استفاده قرار می گیرد و برای استفاده در توسعه درمان های جدید مورد بررسی قرار می گیرد.

DNA

پیزوالکتریک توانایی برخی مواد برای تجمع بار الکتریکی در پاسخ به تنش مکانیکی اعمال شده است. DNA یکی از این مواد است که این اثر را نشان می دهد. DNA یک مولکول بیولوژیکی است که در همه موجودات زنده یافت می شود و از چهار باز نوکلئوتیدی تشکیل شده است: آدنین (A)، گوانین (G)، سیتوزین (C) و تیمین (T).

DNA یک مولکول پیچیده است که می تواند برای تولید بار الکتریکی در صورت قرار گرفتن در معرض فشار مکانیکی استفاده شود. این به دلیل این واقعیت است که مولکول های DNA از دو رشته نوکلئوتید تشکیل شده اند که توسط پیوندهای هیدروژنی در کنار هم نگه داشته می شوند. هنگامی که این پیوندها شکسته می شوند، بار الکتریکی تولید می شود.

اثر پیزوالکتریک DNA در کاربردهای مختلفی مورد استفاده قرار گرفته است، از جمله:

• تولید برق برای ایمپلنت های پزشکی
• تشخیص و اندازه گیری نیروهای مکانیکی در سلول ها
• توسعه حسگرهای نانومقیاس
• ایجاد حسگرهای زیستی برای تعیین توالی DNA
• تولید امواج اولتراسوند برای تصویربرداری

اثر پیزوالکتریک DNA نیز برای استفاده بالقوه آن در توسعه مواد جدید مانند نانوسیم ها و نانولوله ها مورد بررسی قرار گرفته است. این مواد را می توان برای کاربردهای مختلفی از جمله ذخیره انرژی و سنجش استفاده کرد.

اثر پیزوالکتریک DNA به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته است و مشخص شده است که به تنش مکانیکی بسیار حساس است. این موضوع آن را به ابزاری ارزشمند برای محققان و مهندسانی تبدیل می کند که به دنبال توسعه مواد و فناوری های جدید هستند.

در نتیجه، DNA ماده ای است که اثر پیزوالکتریک را نشان می دهد، که توانایی تجمع بار الکتریکی در پاسخ به تنش مکانیکی اعمال شده است. این اثر در کاربردهای مختلفی از جمله ایمپلنت های پزشکی، سنسورهای نانومقیاس و تعیین توالی DNA استفاده شده است. همچنین برای استفاده بالقوه آن در توسعه مواد جدید، مانند نانوسیم ها و نانولوله ها، در حال بررسی است.

پروتئین ها

پیزوالکتریک توانایی برخی مواد برای تجمع بار الکتریکی در پاسخ به تنش مکانیکی اعمال شده است. مواد پیزوالکتریک مانند پروتئین ها، کریستال ها، سرامیک ها و مواد بیولوژیکی مانند استخوان و DNA این اثر را نشان می دهند. پروتئین ها، به ویژه، یک ماده پیزوالکتریک منحصر به فرد هستند، زیرا از ساختار پیچیده ای از اسیدهای آمینه تشکیل شده اند که می توانند برای تولید بار الکتریکی تغییر شکل دهند.

پروتئین ها فراوان ترین نوع مواد پیزوالکتریک هستند و به اشکال مختلف یافت می شوند. آنها را می توان به شکل آنزیم ها، هورمون ها و آنتی بادی ها و همچنین به شکل پروتئین های ساختاری مانند کلاژن و کراتین یافت. پروتئین ها به شکل پروتئین های ماهیچه ای نیز یافت می شوند که مسئول انقباض و آرامش عضلات هستند.

اثر پیزوالکتریک پروتئین ها به این دلیل است که آنها از ساختار پیچیده ای از اسیدهای آمینه تشکیل شده اند. هنگامی که این اسیدهای آمینه تغییر شکل می دهند، بار الکتریکی تولید می کنند. سپس می توان از این بار الکتریکی برای تامین انرژی دستگاه های مختلف مانند سنسورها و محرک ها استفاده کرد.

پروتئین ها نیز در انواع کاربردهای پزشکی استفاده می شوند. به عنوان مثال، از آنها برای تشخیص وجود پروتئین های خاص در بدن استفاده می شود که می تواند برای تشخیص بیماری ها استفاده شود. آنها همچنین برای تشخیص وجود باکتری ها و ویروس های خاص استفاده می شوند که می توانند برای تشخیص عفونت استفاده شوند.

پروتئین ها نیز در انواع کاربردهای صنعتی استفاده می شوند. به عنوان مثال، از آنها برای ایجاد حسگرها و عملگرها برای انواع فرآیندهای صنعتی استفاده می شود. همچنین از آنها برای ایجاد موادی استفاده می شود که می تواند در ساخت هواپیما و سایر وسایل نقلیه استفاده شود.

در نتیجه، پروتئین ها یک ماده پیزوالکتریک منحصر به فرد هستند که می توانند در کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار گیرند. آنها از ساختار پیچیده‌ای از اسیدهای آمینه تشکیل شده‌اند که می‌توانند برای تولید بار الکتریکی تغییر شکل دهند و در انواع کاربردهای پزشکی و صنعتی استفاده می‌شوند.

برداشت انرژی با پیزوالکتریک

در این بخش، من در مورد چگونگی استفاده از پیزوالکتریک برای برداشت انرژی بحث خواهم کرد. من به برنامه های مختلف پیزوالکتریک، از چاپ جوهرافشان پیزوالکتریک گرفته تا ژنراتورهای ساعت و میکروبالانس ها خواهم پرداخت. همچنین تاریخ پیزوالکتریک، از کشف آن توسط پیر کوری تا استفاده از آن در جنگ جهانی دوم را بررسی خواهم کرد. در نهایت، وضعیت فعلی صنعت پیزوالکتریک و پتانسیل رشد بیشتر را مورد بحث قرار خواهم داد.

چاپ جوهر افشان پیزوالکتریک

پیزوالکتریک توانایی برخی مواد برای تولید بار الکتریکی در پاسخ به تنش مکانیکی اعمال شده است. کلمه پیزوالکتریک از کلمات یونانی piezein (فشردن یا فشار دادن) و الکترون (کهربا)، منبع باستانی بار الکتریکی گرفته شده است. مواد پیزوالکتریک مانند کریستال ها، سرامیک ها و مواد بیولوژیکی مانند استخوان و DNA در کاربردهای مختلفی استفاده می شوند.

پیزوالکتریک برای تولید برق با ولتاژ بالا، به عنوان یک مولد ساعت، در دستگاه های الکترونیکی و در میکروبالانس ها استفاده می شود. همچنین برای هدایت نازل های اولتراسونیک و مجموعه های نوری با فوکوس فوق العاده ریز استفاده می شود. چاپ جوهر افشان پیزوالکتریک یکی از کاربردهای محبوب این فناوری است. این یک نوع چاپ است که از کریستال های پیزوالکتریک برای ایجاد ارتعاش با فرکانس بالا استفاده می کند که برای بیرون ریختن قطرات جوهر به صفحه استفاده می شود.

کشف پیزوالکتریک به سال 1880 برمی گردد، زمانی که فیزیکدانان فرانسوی ژاک و پیر کوری این اثر را کشف کردند. از آن زمان، اثر پیزوالکتریک برای انواع کاربردهای مفید مورد بهره برداری قرار گرفته است. پیزوالکتریک در اقلام روزمره مانند وسایل پخت و پز و گرمایش گاز، مشعل، فندک، و پیکاپ در گیتارهای الکترونیکی تقویت شده و ماشه در درام های الکترونیکی مدرن استفاده می شود.

از پیزوالکتریک در تحقیقات علمی نیز استفاده می شود. این پایه ای برای اسکن میکروسکوپ های کاوشگر است که برای تشخیص تصاویر در مقیاس اتم استفاده می شود. همچنین در بازتاب سنج‌های حوزه زمان اولتراسونیک استفاده می‌شود، که پالس‌های اولتراسونیک را به یک ماده ارسال می‌کنند و بازتاب‌ها را برای تشخیص ناپیوستگی‌ها و یافتن عیوب درون اجسام فلزی و سنگی ریخته‌گری می‌کنند.

توسعه دستگاه ها و مواد پیزوالکتریک به دلیل نیاز به عملکرد بهتر و فرآیندهای تولید آسان تر انجام شده است. در ایالات متحده، توسعه بلورهای کوارتز برای استفاده تجاری عامل اصلی رشد صنعت پیزوالکتریک بوده است. در مقابل، تولیدکنندگان ژاپنی توانسته اند به سرعت اطلاعات را به اشتراک بگذارند و برنامه های کاربردی جدیدی توسعه دهند که منجر به رشد سریع در بازار ژاپن می شود.

پیزوالکتریک روش استفاده از انرژی را متحول کرده است، از وسایل روزمره مانند فندک گرفته تا تحقیقات علمی پیشرفته. این یک فناوری همه کاره است که ما را قادر به کشف و توسعه مواد و برنامه های کاربردی جدید کرده است و تا سال های آینده بخش مهمی از زندگی ما خواهد بود.

تولید برق فشار قوی

پیزوالکتریک توانایی برخی مواد جامد برای تجمع بار الکتریکی در پاسخ به تنش مکانیکی اعمال شده است. کلمه پیزوالکتریک از کلمات یونانی "piezein" به معنی "فشرده کردن" یا "پرس" و "ēlektron" به معنای "کهربا"، منبع باستانی بار الکتریکی گرفته شده است. پیزوالکتریکی یک برهمکنش الکترومکانیکی خطی بین حالت های مکانیکی و الکتریکی در مواد کریستالی با تقارن وارونگی است.

اثر پیزوالکتریک یک فرآیند برگشت پذیر است. موادی که پیزوالکتریک را نشان می‌دهند، اثر پیزوالکتریک معکوس را نیز نشان می‌دهند، تولید داخلی کرنش مکانیکی ناشی از یک میدان الکتریکی اعمال‌شده. برای مثال، کریستال‌های تیتانات زیرکونات سرب، زمانی که ساختار استاتیکی آن‌ها از بعد اصلی تغییر شکل می‌دهد، پیزوالکتریک قابل اندازه‌گیری تولید می‌کنند. برعکس، کریستال‌ها می‌توانند بعد استاتیکی خود را با اعمال میدان الکتریکی خارجی تغییر دهند، پدیده‌ای که به عنوان اثر پیزوالکتریک معکوس شناخته می‌شود و در تولید امواج اولتراسوند استفاده می‌شود.

اثر پیزوالکتریک در کاربردهای مختلفی از جمله تولید برق با ولتاژ بالا استفاده می شود. مواد پیزوالکتریک در تولید و تشخیص صدا، در چاپ جوهرافشان پیزوالکتریک، در ژنراتورهای ساعت، در دستگاه‌های الکترونیکی، در میکروبالانس‌ها، در نازل‌های اولتراسونیک درایو، و در مجموعه‌های نوری با فوکوس فوق‌العاده استفاده می‌شوند.

پیزوالکتریک همچنین در کاربردهای روزمره، مانند تولید جرقه برای احتراق گاز در وسایل پخت و پز و گرمایش، در مشعل ها، فندک ها و مواد اثر پیرالکتریک، که پتانسیل الکتریکی را در پاسخ به تغییر دما تولید می کنند، استفاده می شود. این اثر توسط کارل لینه و فرانتس اپینوس در اواسط قرن هجدهم با تکیه بر دانش رنه هاوی و آنتوان سزار بکرل مورد مطالعه قرار گرفت که رابطه ای بین تنش مکانیکی و بار الکتریکی را مطرح کردند، اگرچه آزمایشات آنها بی نتیجه بود.

دانش ترکیبی از pyroelectricity و درک ساختارهای کریستالی زیربنایی منجر به پیش‌بینی پیروالکتریک و توانایی پیش‌بینی رفتار کریستالی شد. این امر با تأثیر کریستال هایی مانند تورمالین، کوارتز، توپاز، نیشکر و نمک روشل نشان داده شد. سدیم پتاسیم تارتارات تتراهیدرات و کوارتز نیز پیزوالکتریک را نشان دادند و یک دیسک پیزوالکتریک برای تولید ولتاژ در هنگام تغییر شکل استفاده شد. این در نمایش اثر مستقیم پیزوالکتریک توسط کوری ها بسیار اغراق آمیز بود.

برادران پیر و ژاک کوری در ادامه به اثبات کمی برگشت پذیری کامل تغییر شکل های الکتروالاستو-مکانیکی در کریستال های پیزوالکتریک دست یافتند. برای چندین دهه، پیزوالکتریک به عنوان یک کنجکاوی آزمایشگاهی باقی ماند، اما ابزاری حیاتی در کشف پولونیوم و رادیوم توسط پیر و ماری کوری بود. کار آنها برای کاوش و تعریف ساختارهای کریستالی که پیزوالکتریک را نشان می‌دهند با انتشار کتاب Lehrbuch der Kristallphysik (کتاب درسی فیزیک کریستال) اثر ولدمار وویگت به اوج خود رسید، که طبقات کریستالی طبیعی را که قادر به پیزوالکتریک هستند و با استفاده از پیزوالکتریک ثابت‌های الکتریکی تجزیه و تحلیل دقیقی تعریف می‌کردند، به اوج رسید.

کاربرد عملی دستگاه های پیزوالکتریک با توسعه سونار در طول جنگ جهانی اول آغاز شد. در فرانسه، پل لانگوین و همکارانش یک آشکارساز زیردریایی اولتراسونیک ساختند. آشکارساز شامل یک مبدل ساخته شده از کریستال های نازک کوارتز بود که با دقت به صفحات فولادی چسبانده شده بودند و یک هیدروفون برای تشخیص پژواک برگشتی. آنها با انتشار یک پالس با فرکانس بالا از مبدل و اندازه گیری زمان لازم برای شنیدن پژواک امواج صوتی که از یک جسم پرتاب می شوند، توانستند فاصله جسم را محاسبه کنند. آنها از پیزوالکتریک برای موفقیت سونار استفاده کردند و این پروژه در دهه های بعد توسعه و علاقه شدیدی به دستگاه های پیزوالکتریک ایجاد کرد.

مواد پیزوالکتریک جدید و کاربردهای جدید برای این مواد کشف و توسعه یافتند. دستگاه‌های پیزوالکتریک خانه‌هایی را در زمینه‌های مختلفی یافتند، مانند کارتریج‌های گرامافون سرامیکی، که طراحی پخش‌کننده را ساده‌تر کرد و دستگاه‌های ضبط ارزان‌تر و دقیق‌تری را ساخت که نگهداری آنها ارزان‌تر و ساخت آسان‌تر بود. توسعه مبدل‌های اولتراسونیک امکان اندازه‌گیری آسان ویسکوزیته و کشسانی سیالات و جامدات را فراهم می‌آورد که منجر به پیشرفت‌های عظیم در تحقیقات مواد می‌شود. بازتاب سنج‌های حوزه زمان اولتراسونیک یک پالس اولتراسونیک را به یک ماده ارسال می‌کنند و بازتاب‌ها و ناپیوستگی‌ها را اندازه‌گیری می‌کنند تا عیب‌های درون اجسام فلزی و سنگی ریخته‌گری شده را پیدا کنند و ایمنی سازه را بهبود ببخشند.

در جنگ جهانی دوم گروه‌های تحقیقاتی مستقل در ایالات متحده، روسیه و ژاپن دسته جدیدی از مواد مصنوعی به نام فر را کشف کردند.

مولد ساعت

پیزوالکتریک توانایی برخی مواد برای تجمع بار الکتریکی در پاسخ به تنش مکانیکی اعمال شده است. این پدیده برای ایجاد تعدادی برنامه کاربردی مفید از جمله ژنراتور ساعت استفاده شده است. ژنراتورهای ساعت دستگاه هایی هستند که از پیزوالکتریک برای تولید سیگنال های الکتریکی با زمان بندی دقیق استفاده می کنند.

ژنراتورهای ساعت در کاربردهای مختلفی مانند کامپیوتر، مخابرات و سیستم های خودرو استفاده می شوند. آنها همچنین در دستگاه های پزشکی مانند ضربان سازها برای اطمینان از زمان بندی دقیق سیگنال های الکتریکی استفاده می شوند. ژنراتورهای ساعت همچنین در اتوماسیون صنعتی و رباتیک مورد استفاده قرار می گیرند، جایی که زمان بندی دقیق ضروری است.

اثر پیزوالکتریک مبتنی بر برهمکنش الکترومکانیکی خطی بین حالت‌های مکانیکی و الکتریکی در مواد کریستالی با تقارن وارونگی است. این اثر برگشت پذیر است، به این معنی که موادی که دارای پیزوالکتریک هستند نیز می توانند هنگام اعمال میدان الکتریکی، کرنش مکانیکی ایجاد کنند. این به عنوان اثر پیزوالکتریک معکوس شناخته می شود و برای تولید امواج اولتراسوند استفاده می شود.

ژنراتورهای ساعت از این اثر پیزوالکتریک معکوس برای تولید سیگنال های الکتریکی با زمان بندی دقیق استفاده می کنند. ماده پیزوالکتریک توسط یک میدان الکتریکی تغییر شکل می‌دهد که باعث می‌شود در فرکانس خاصی ارتعاش کند. این ارتعاش سپس به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می شود که برای تولید سیگنال زمان بندی دقیق استفاده می شود.

ژنراتورهای ساعت در کاربردهای مختلفی از تجهیزات پزشکی گرفته تا اتوماسیون صنعتی استفاده می شوند. آنها قابل اعتماد، دقیق و آسان برای استفاده هستند، و آنها را به یک انتخاب محبوب برای بسیاری از برنامه ها تبدیل می کند. پیزوالکتریک بخش مهمی از فناوری مدرن است و ژنراتورهای ساعت تنها یکی از کاربردهای فراوان این پدیده هستند.

لوازم برقی

پیزوالکتریک توانایی برخی مواد جامد برای تجمع بار الکتریکی در پاسخ به تنش مکانیکی اعمال شده است. این پدیده که به عنوان اثر پیزوالکتریک شناخته می‌شود، در انواع دستگاه‌های الکترونیکی، از پیکاپ‌ها در گیتارهای تقویت‌شده الکترونیکی گرفته تا ماشه‌ها در درام‌های الکترونیکی مدرن استفاده می‌شود.

پیزوالکتریسیته از کلمات یونانی πιέζειν (piezein) به معنای فشار دادن یا فشار دادن و ἤλεκτρον (ēlektron) به معنای کهربا، منبع باستانی بار الکتریکی گرفته شده است. مواد پیزوالکتریک کریستال ها، سرامیک ها و مواد بیولوژیکی مانند استخوان و پروتئین های DNA هستند که اثر پیزوالکتریک را نشان می دهند.

اثر پیزوالکتریک یک برهمکنش الکترومکانیکی خطی بین حالت های مکانیکی و الکتریکی در مواد کریستالی با تقارن وارونگی است. این یک فرآیند برگشت پذیر است، به این معنی که موادی که اثر پیزوالکتریک را نشان می دهند، اثر پیزوالکتریک معکوس را نیز نشان می دهند، که تولید داخلی کرنش مکانیکی ناشی از یک میدان الکتریکی اعمال شده است. برای مثال، کریستال‌های تیتانات زیرکونات سرب، زمانی که ساختار استاتیکی آن‌ها از بعد اصلی تغییر شکل می‌دهد، پیزوالکتریک قابل اندازه‌گیری تولید می‌کنند. برعکس، کریستال‌ها می‌توانند بعد استاتیکی خود را با اعمال میدان الکتریکی خارجی تغییر دهند، پدیده‌ای که به عنوان اثر پیزوالکتریک معکوس شناخته می‌شود و در تولید امواج اولتراسوند استفاده می‌شود.

کشف پیزوالکتریک به فیزیکدانان فرانسوی پیر و ژاک کوری نسبت داده می شود که اثر پیزوالکتریک مستقیم را در سال 1880 نشان دادند. دانش ترکیبی آنها از پیروالکتریک و درک ساختارهای کریستالی زیربنایی منجر به پیش بینی اثر پیروالکتریک برای پیش بینی شد. رفتار کریستالی با تأثیر کریستال هایی مانند تورمالین، کوارتز، توپاز، شکر نیشکر و نمک روشل نشان داده شد.

پیزوالکتریک در انواع کاربردهای روزمره مانند تولید جرقه برای احتراق گاز در وسایل پخت و پز و گرمایش، مشعل، فندک سیگار و مواد اثر پیرو الکتریک که پتانسیل الکتریکی را در پاسخ به تغییر دما تولید می کنند، استفاده شده است. این مورد توسط کارل لینه و فرانتس اپینوس در اواسط قرن هجدهم مورد مطالعه قرار گرفت و از دانش رنه هاوی و آنتوان سزار بکرل استفاده شد که رابطه ای بین تنش مکانیکی و بار الکتریکی را مطرح کردند. با این حال، آزمایش‌ها بی‌نتیجه بودند، تا زمانی که نمای یک کریستال پیزو در موزه جبران‌کننده کوری در اسکاتلند اثر پیزوالکتریک مستقیم برادران کوری را نشان داد.

پیزوالکتریک در انواع دستگاه های الکترونیکی، از پیکاپ ها در گیتارهای تقویت شده الکترونیکی گرفته تا ماشه ها در درام های الکترونیکی مدرن استفاده می شود. همچنین در تولید و تشخیص صدا، چاپ جوهر افشان پیزوالکتریک، تولید برق با ولتاژ بالا، ژنراتورهای ساعت، میکروبالانس‌ها، نازل‌های اولتراسونیک درایو و مجموعه‌های نوری با فوکوس فوق‌العاده استفاده می‌شود. پیزوالکتریک همچنین مبنایی برای اسکن میکروسکوپ های پروبی است که برای تفکیک تصاویر در مقیاس اتم استفاده می شود.

ریزگردها

پیزوالکتریک توانایی برخی مواد جامد برای تجمع بار الکتریکی در پاسخ به تنش مکانیکی اعمال شده است. پیزوالکتریسیته از کلمات یونانی πιέζειν (piezein) به معنای فشار دادن یا فشار دادن و ἤλεκτρον (ēlektron) به معنای کهربا، منبع باستانی بار الکتریکی گرفته شده است.

پیزوالکتریک در انواع کاربردهای روزمره مانند تولید جرقه برای احتراق گاز برای وسایل پخت و پز و گرمایش، مشعل، فندک و غیره استفاده می شود. همچنین در تولید و تشخیص صدا و در چاپ جوهر افشان پیزوالکتریک استفاده می شود.

پیزوالکتریک همچنین برای تولید برق با ولتاژ بالا استفاده می شود و اساس مولدهای ساعت و وسایل الکترونیکی مانند میکروبالانس ها است. پیزوالکتریک همچنین برای هدایت نازل های اولتراسونیک و مجموعه های نوری با فوکوس فوق العاده ریز استفاده می شود.

کشف پیزوالکتریک به فیزیکدانان فرانسوی ژاک و پیر کوری در سال 1880 نسبت داده شده است. برادران کوری دانش خود را از پیرو الکتریک و درک خود از ساختارهای کریستالی زیرین را ترکیب کردند تا مفهوم پیزوالکتریک را ایجاد کنند. آنها توانستند رفتار کریستال را پیش بینی کنند و اثر آن را در کریستال هایی مانند تورمالین، کوارتز، توپاز، شکر نیشکر و نمک روشل نشان دادند.

اثر پیزوالکتریک برای کاربردهای مفید از جمله تولید و تشخیص صدا مورد استفاده قرار گرفت. توسعه سونار در طول جنگ جهانی اول یک پیشرفت بزرگ در استفاده از پیزوالکتریک بود. پس از جنگ جهانی دوم، گروه‌های تحقیقاتی مستقل در ایالات متحده، روسیه و ژاپن دسته جدیدی از مواد مصنوعی به نام فروالکتریک را کشف کردند که ثابت‌های پیزوالکتریک را تا ده برابر بیشتر از مواد طبیعی نشان می‌داد.

این منجر به تحقیق و توسعه شدید مواد تیتانات باریم و بعداً مواد تیتانات زیرکونات سرب شد که خواص ویژه ای برای کاربردهای خاص داشتند. نمونه قابل توجهی از استفاده از کریستال های پیزوالکتریک در آزمایشگاه تلفن بل پس از جنگ جهانی دوم توسعه یافت.

Frederick R. Lack که در بخش مهندسی رادیو تلفن کار می کرد، یک کریستال برش ایجاد کرد که در طیف وسیعی از دماها کار می کرد. کریستال لاک نیازی به لوازم جانبی سنگین کریستال های قبلی نداشت و استفاده از آن در هواپیما را تسهیل می کرد. این پیشرفت به نیروهای هوایی متفقین اجازه داد تا با استفاده از رادیو هوانوردی در حملات توده ای هماهنگ شرکت کنند.

توسعه دستگاه ها و مواد پیزوالکتریک در ایالات متحده باعث شد چندین شرکت در تجارت باقی بمانند و توسعه کریستال های کوارتز به صورت تجاری مورد بهره برداری قرار گرفت. مواد پیزوالکتریک از آن زمان در کاربردهای مختلفی از جمله تصویربرداری پزشکی، تمیز کردن اولتراسونیک و موارد دیگر مورد استفاده قرار گرفته‌اند.

نازل اولتراسونیک درایو

پیزوالکتریکی بار الکتریکی است که در مواد جامد خاصی مانند کریستال ها، سرامیک ها و مواد بیولوژیکی مانند استخوان و DNA تجمع می یابد. این واکنشی است به تنش های مکانیکی اعمال شده و از کلمات یونانی "piezein" به معنی "فشرده کردن" یا "پرس" و "elektron" به معنای "کهربا" منبع باستانی بار الکتریکی گرفته شده است.

اثر پیزوالکتریک یک برهمکنش الکترومکانیکی خطی بین حالت های مکانیکی و الکتریکی مواد کریستالی با تقارن وارونگی است. این یک فرآیند برگشت پذیر است، به این معنی که موادی که اثر پیزوالکتریک را نشان می دهند، اثر پیزوالکتریک معکوس را نیز نشان می دهند، که تولید داخلی کرنش مکانیکی ناشی از یک میدان الکتریکی اعمال شده است. نمونه‌ای از این کریستال‌های تیتانات زیرکونات سرب است که وقتی ساختار استاتیکی آنها از ابعاد اصلی تغییر شکل می‌دهد، پیزوالکتریک قابل اندازه‌گیری تولید می‌کنند. برعکس، هنگامی که یک میدان الکتریکی خارجی اعمال می شود، کریستال ها بعد استاتیک خود را تغییر می دهند و در نتیجه اثر پیزوالکتریک معکوس ایجاد می شود که تولید امواج اولتراسوند است.

فیزیکدانان فرانسوی ژاک و پیر کوری در سال 1880 پیزوالکتریک را کشف کردند و از آن زمان برای کاربردهای مفید مختلفی از جمله تولید و تشخیص صدا مورد استفاده قرار گرفته است. پیزوالکتریک همچنین کاربردهای روزمره دارد، مانند ایجاد جرقه برای احتراق گاز در وسایل پخت و پز و گرمایش، مشعل ها، فندک ها و موارد دیگر.

اثر پیروالکتریک، که ماده ای است که پتانسیل الکتریکی را در پاسخ به تغییر دما ایجاد می کند، توسط کارل لینائوس، فرانتس اپینوس و اواسط قرن 18 با استفاده از دانش رنه هاوی و آنتوان سزار بکرل که رابطه بین تنش مکانیکی را مطرح کردند، مورد مطالعه قرار گرفت. شارژ الکتریکی. آزمایش‌ها برای اثبات این امر بی‌نتیجه بودند.

نمای یک کریستال پیزو در کوری جبران کننده در موزه هانتری در اسکاتلند نمایشی از اثر مستقیم پیزوالکتریک توسط برادران پیر و ژاک کوری است. ترکیب دانش آنها از پیرالکتریک و درک ساختارهای کریستالی زیربنایی منجر به پیش‌بینی پیرالکتریک شد و به آنها اجازه داد رفتار کریستال را پیش‌بینی کنند. این با تأثیر کریستال هایی مانند تورمالین، کوارتز، توپاز، شکر نیشکر و نمک روشل نشان داده شد. تتراهیدرات تارتارات سدیم و پتاسیم و کوارتز نیز پیزوالکتریک را نشان دادند و یک دیسک پیزوالکتریک برای تولید ولتاژ در هنگام تغییر شکل استفاده شد. کوری ها برای پیش بینی اثر پیزوالکتریک معکوس که از اصول ترمودینامیکی بنیادی توسط گابریل لیپمن در سال 1881 به صورت ریاضی استنباط شده بود، بسیار اغراق شده بود.

کوری ها بلافاصله وجود اثر معکوس را تأیید کردند و به دنبال اثبات کمی برگشت پذیری کامل تغییر شکل های الکتروالاستو-مکانیکی در کریستال های پیزوالکتریک شدند. برای چندین دهه، پیزوالکتریک به عنوان یک کنجکاوی آزمایشگاهی باقی ماند، اما ابزاری حیاتی در کشف پولونیوم و رادیوم توسط پیر و ماری کوری در کارشان برای کاوش و تعریف ساختارهای کریستالی بود که پیزوالکتریک را به نمایش گذاشتند. این امر با انتشار کتاب Lehrbuch der Kristallphysik (کتاب درسی فیزیک کریستال) اثر Woldemar Voigt به اوج خود رسید که طبقات کریستال طبیعی را که قادر به ایجاد پیزوالکتریک هستند توصیف می‌کند و ثابت‌های پیزوالکتریک را با دقت از طریق تحلیل تانسور تعریف می‌کند.

کاربرد عملی دستگاه های پیزوالکتریک با سونار آغاز شد که در طول جنگ جهانی اول توسعه یافت. در فرانسه، پل لانگوین و همکارانش یک آشکارساز زیردریایی اولتراسونیک ساختند. این آشکارساز شامل یک مبدل ساخته شده از کریستال های نازک کوارتز بود که به دقت روی صفحات فولادی چسبانده شده بود که هیدروفون نامیده می شد تا پژواک برگشتی را پس از انتشار یک پالس فرکانس بالا تشخیص دهد. با اندازه‌گیری زمان لازم برای شنیدن پژواک امواج صوتی که از یک جسم پرتاب می‌شوند، می‌توانند فاصله جسم را محاسبه کنند. این استفاده از پیزوالکتریک در سونار موفقیت آمیز بود و این پروژه برای چندین دهه توسعه و علاقه شدیدی به دستگاه های پیزوالکتریک ایجاد کرد.

مواد پیزوالکتریک جدید و کاربردهای جدید برای این مواد کاوش و توسعه یافتند و دستگاه‌های پیزوالکتریک خانه‌هایی در زمینه‌هایی مانند کارتریج‌های گرامافون سرامیکی پیدا کردند که طراحی پخش‌کننده را ساده‌تر کرد و دستگاه‌های ضبط ارزان‌تر و دقیق‌تری را ساخت که نگهداری و ساخت آن‌ها آسان‌تر بود. . توسعه مبدل‌های اولتراسونیک امکان اندازه‌گیری آسان ویسکوزیته و کشسانی سیالات و جامدات را فراهم می‌آورد که منجر به پیشرفت‌های عظیم در تحقیقات مواد می‌شود. بازتاب سنج های حوزه زمان اولتراسونیک یک پالس اولتراسونیک را از طریق یک ماده می فرستند و بازتاب ها و ناپیوستگی ها را اندازه گیری می کنند تا عیوب درون اشیاء فلزی و سنگی ریخته گری را پیدا کنند.

مجموعه های نوری با فوکوس فوق العاده

پیزوالکتریک توانایی برخی مواد برای انباشته شدن بار الکتریکی زمانی که تحت فشار مکانیکی قرار می گیرند، می باشد. این یک برهمکنش الکترومکانیکی خطی بین حالت های الکتریکی و مکانیکی مواد کریستالی با تقارن وارونگی است. پیزوالکتریک یک فرآیند برگشت پذیر است، به این معنی که موادی که پیزوالکتریک را نشان می دهند، اثر پیزوالکتریک معکوس را نیز نشان می دهند، که تولید داخلی کرنش مکانیکی ناشی از یک میدان الکتریکی اعمال شده است.

پیزوالکتریک در کاربردهای مختلفی از جمله تولید و تشخیص صدا و تولید برق با ولتاژ بالا استفاده شده است. پیزوالکتریک همچنین در چاپ جوهرافشان، ژنراتورهای ساعت، دستگاه های الکترونیکی، میکروبالانس ها، نازل های اولتراسونیک درایو و مجموعه های نوری با فوکوس بسیار ریز استفاده می شود.

پیزوالکتریک در سال 1880 توسط فیزیکدانان فرانسوی ژاک و پیر کوری کشف شد. اثر پیزوالکتریک در کاربردهای مفیدی مانند تولید و تشخیص صدا و تولید برق با ولتاژ بالا مورد استفاده قرار می گیرد. از چاپ جوهر افشان پیزوالکتریک و همچنین ژنراتورهای ساعت، دستگاه های الکترونیکی، میکروبالانس ها، نازل های اولتراسونیک درایو و مجموعه های نوری با فوکوس بسیار ریز نیز استفاده می شود.

پیزوالکتریک راه خود را به مصارف روزمره باز کرده است، مانند تولید جرقه برای احتراق گاز برای وسایل پخت و پز و گرمایش، مشعل، فندک سیگار، و مواد اثر پیرو الکتریک که پتانسیل الکتریکی را در پاسخ به تغییر دما تولید می کنند. این اثر توسط کارل لینائوس و فرانتس اپینوس در اواسط قرن 18 مورد مطالعه قرار گرفت و از دانش رنه هاوی و آنتوان سزار بکرل استفاده شد که رابطه ای بین تنش مکانیکی و بار الکتریکی را مطرح کردند. آزمایش ها بی نتیجه بودند.

نمای یک کریستال پیزو در کوری جبران کننده در موزه هانتری در اسکاتلند نمایشی از اثر مستقیم پیزوالکتریک توسط برادران پیر و ژاک کوری است. آنها همراه با دانش آنها از پیرالکتریک و درک آنها از ساختارهای کریستالی زیربنایی، منجر به پیش بینی پیروالکتریک و توانایی پیش بینی رفتار کریستالی شدند. این در اثر کریستال هایی مانند تورمالین، کوارتز، توپاز، شکر نیشکر و نمک روشل نشان داده شد.

تتراهیدرات تارتارات سدیم و پتاسیم و نمک کوارتز و روشل پیزوالکتریک را نشان دادند و یک دیسک پیزوالکتریک برای ایجاد ولتاژ در هنگام تغییر شکل استفاده شد، اگرچه تغییر شکل بسیار اغراق آمیز بود. کوری ها اثر پیزوالکتریک معکوس را پیش بینی کردند، و اثر معکوس به صورت ریاضی از اصول بنیادی ترمودینامیکی توسط گابریل لیپمن در سال 1881 استنتاج شد. کوری ها بلافاصله وجود اثر معکوس را تأیید کردند و به اثبات کمی برگشت پذیری کامل الکترو- پرداختند. تغییر شکل های الاستو مکانیکی در کریستال های پیزوالکتریک

برای چندین دهه، پیزوالکتریک به عنوان یک کنجکاوی آزمایشگاهی باقی ماند تا اینکه به ابزاری حیاتی در کشف پولونیوم و رادیوم توسط پیر و ماری کوری تبدیل شد. کار آنها برای کاوش و تعریف ساختارهای کریستالی که پیزوالکتریک را به نمایش گذاشتند با انتشار کتاب Lehrbuch der Kristallphysik (کتاب درسی فیزیک کریستال) اثر ولدمار ووگت به اوج خود رسید. این کلاس‌های کریستال طبیعی را که قادر به پیزوالکتریک هستند توصیف کرد و ثابت‌های پیزوالکتریک را با استفاده از تحلیل تانسور برای کاربرد عملی دستگاه‌های پیزوالکتریک به‌طور دقیق تعریف کرد.

توسعه سونار یک پروژه موفقیت آمیز بود که توسعه و علاقه شدیدی به دستگاه های پیزوالکتریک ایجاد کرد. چندین دهه بعد، مواد پیزوالکتریک جدید و کاربردهای جدید برای این مواد کشف و توسعه یافتند. دستگاه‌های پیزوالکتریک خانه‌هایی را در زمینه‌های مختلف یافتند، مانند کارتریج‌های گرامافون سرامیکی، که طراحی پخش‌کننده را ساده‌تر می‌کرد و دستگاه‌های ضبط را ارزان‌تر و نگهداری و ساخت آن‌ها را آسان‌تر می‌کرد. توسعه مبدل‌های اولتراسونیک امکان اندازه‌گیری آسان ویسکوزیته و کشسانی سیالات و جامدات را فراهم کرد که در نتیجه پیشرفت‌های عظیمی در تحقیقات مواد حاصل شد. بازتاب سنج‌های حوزه زمان اولتراسونیک یک پالس اولتراسونیک را به یک ماده ارسال می‌کنند و بازتاب‌ها و ناپیوستگی‌ها را اندازه‌گیری می‌کنند تا عیب‌های درون اجسام فلزی و سنگی ریخته‌گری شده را پیدا کنند و ایمنی سازه را بهبود ببخشند.

آغاز حوزه منافع پیزوالکتریک با ثبت اختراع سودآور مواد جدید توسعه یافته از کریستال های کوارتز، که به صورت تجاری به عنوان یک ماده پیزوالکتریک مورد بهره برداری قرار می گرفت، تضمین شد. دانشمندان به دنبال مواد با کارایی بالاتر بودند و با وجود پیشرفت در مواد و بلوغ فرآیندهای تولید، بازار ایالات متحده به سرعت رشد نکرد. در مقابل، تولیدکنندگان ژاپنی به سرعت اطلاعات را به اشتراک گذاشتند و برنامه های کاربردی جدید برای رشد در صنعت پیزوالکتریک ایالات متحده برخلاف تولیدکنندگان ژاپنی آسیب دید.

موتورهای پیزوالکتریک

در این بخش، من در مورد چگونگی استفاده از پیزوالکتریک در فناوری مدرن صحبت خواهم کرد. از میکروسکوپ‌های کاوشگر روبشی که می‌توانند تصاویر را در مقیاس اتم‌ها تشخیص دهند تا پیکاپ‌هایی برای گیتارهای تقویت‌شده الکترونیکی و ماشه‌های درام‌های الکترونیکی مدرن، پیزوالکتریک به بخشی جدایی‌ناپذیر از بسیاری از دستگاه‌ها تبدیل شده است. من تاریخچه پیزوالکتریک و نحوه استفاده از آن در کاربردهای مختلف را بررسی خواهم کرد.

اساس میکروسکوپ های پروب اسکن را تشکیل می دهد

پیزوالکتریکی بار الکتریکی است که در مواد جامد خاصی مانند کریستال ها، سرامیک ها و مواد بیولوژیکی مانند استخوان و DNA تجمع می یابد. این پاسخ به تنش های مکانیکی اعمال شده است و کلمه پیزوالکتریک از کلمه یونانی πιέζειν (piezein) به معنای فشار دادن یا فشار دادن و ἤλεκτρον (ēlektron) به معنای کهربا، منبع باستانی بار الکتریکی گرفته شده است.

موتورهای پیزوالکتریک وسایلی هستند که از اثر پیزوالکتریک برای ایجاد حرکت استفاده می کنند. این اثر برهمکنش الکترومکانیکی خطی بین حالت های مکانیکی و الکتریکی در مواد کریستالی با تقارن وارونگی است. این یک فرآیند برگشت پذیر است، به این معنی که موادی که اثر پیزوالکتریک را نشان می دهند، اثر پیزوالکتریک معکوس را نیز نشان می دهند، که تولید داخلی کرنش مکانیکی ناشی از یک میدان الکتریکی اعمال شده است. نمونه‌هایی از موادی که پیزوالکتریک قابل اندازه‌گیری تولید می‌کنند، کریستال‌های تیتانات زیرکونات سرب هستند.

اثر پیزوالکتریک در کاربردهای مفیدی مانند تولید و تشخیص صدا، چاپ جوهرافشان پیزوالکتریک، تولید برق با ولتاژ بالا، ژنراتورهای ساعت و دستگاه‌های الکترونیکی مانند میکروبالانس‌ها و نازل‌های اولتراسونیک درایو برای مجموعه‌های نوری با فوکوس فوق‌العاده مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین اساس میکروسکوپ‌های کاوشگر روبشی را تشکیل می‌دهد که برای تشخیص تصاویر در مقیاس اتم استفاده می‌شوند.

پیزوالکتریک در سال 1880 توسط فیزیکدانان فرانسوی ژاک و پیر کوری کشف شد. نمای یک کریستال پیزو و جبران کننده کوری را می توان در موزه هانتریان در اسکاتلند مشاهده کرد که نمایشی از اثر مستقیم پیزوالکتریک توسط برادران پیر و ژاک کوری است.

ترکیب دانش آنها از پیرالکتریک و درک آنها از ساختارهای کریستالی زیربنایی منجر به پیش بینی پیروالکتریک شد که به آنها امکان پیش بینی رفتار کریستال را داد. این امر با تأثیر کریستال هایی مانند تورمالین، کوارتز، توپاز، نیشکر و نمک روشل نشان داده شد. سدیم و پتاسیم تارتارات تتراهیدرات و نمک کوارتز و روشل پیزوالکتریکی را نشان دادند و یک دیسک پیزوالکتریک برای ایجاد ولتاژ در هنگام تغییر شکل استفاده شد، اگرچه این مورد توسط کوری ها بسیار اغراق آمیز بود.

آنها همچنین اثر پیزوالکتریک معکوس را پیش‌بینی کردند، و این به‌طور ریاضی از اصول بنیادی ترمودینامیکی توسط گابریل لیپمن در سال 1881 استنباط شد. کوری‌ها بلافاصله وجود اثر معکوس را تأیید کردند و در ادامه به اثبات کمی برگشت‌پذیری کامل الکتروالاستو-السترون پرداختند. تغییر شکل های مکانیکی در کریستال های پیزوالکتریک

برای چندین دهه، پیزوالکتریک به عنوان یک کنجکاوی آزمایشگاهی باقی ماند تا اینکه به ابزاری حیاتی در کشف پولونیوم و رادیوم توسط پیر و ماری کوری تبدیل شد. کار آنها برای کاوش و تعریف ساختارهای کریستالی که پیزوالکتریک را نشان می‌دهند با انتشار کتاب Lehrbuch der Kristallphysik (کتاب درسی فیزیک کریستال) اثر ولدمار وویگت به اوج خود رسید، که طبقات کریستالی طبیعی را که قادر به پیزوالکتریک هستند توصیف می‌کند و ثابت‌های پیزوالکتریک را به دقت تجزیه و تحلیل می‌کند.

این منجر به کاربرد عملی دستگاه‌های پیزوالکتریک، مانند سونار، که در طول جنگ جهانی اول ساخته شد، شد. در فرانسه، Paul Langevin و همکارانش یک آشکارساز زیردریایی اولتراسونیک ساختند. این آشکارساز شامل یک مبدل ساخته شده از کریستال های نازک کوارتز بود که با دقت به صفحات فولادی چسبانده شده بودند و یک هیدروفون برای تشخیص پژواک برگشتی پس از انتشار یک پالس فرکانس بالا از مبدل. با اندازه‌گیری زمان لازم برای شنیدن پژواک امواج صوتی که از یک جسم پرتاب می‌شوند، توانستند فاصله جسم را محاسبه کنند. آنها از پیزوالکتریک برای موفقیت این سونار استفاده کردند و این پروژه برای چندین دهه توسعه و علاقه شدیدی به دستگاه های پیزوالکتریک ایجاد کرد.

مواد پیزوالکتریک جدید و کاربردهای جدید برای این مواد کاوش و توسعه یافتند و دستگاه‌های پیزوالکتریک خانه‌هایی در بسیاری از زمینه‌ها پیدا کردند، مانند کارتریج‌های گرامافون سرامیکی، که طراحی پخش‌کننده را ساده‌تر کرد و دستگاه‌های ضبط ارزان‌تر و دقیق‌تری را ساخت که نگهداری آنها ارزان‌تر و آسان‌تر بود. ساختن. توسعه مبدل‌های اولتراسونیک امکان اندازه‌گیری آسان ویسکوزیته و کشسانی سیالات و جامدات را فراهم می‌آورد که منجر به پیشرفت‌های عظیم در تحقیقات مواد می‌شود. بازتاب سنج‌های حوزه زمان اولتراسونیک یک پالس اولتراسونیک را به یک ماده ارسال می‌کنند و بازتاب‌ها و ناپیوستگی‌ها را اندازه‌گیری می‌کنند تا عیب‌های درون اجسام فلزی و سنگی ریخته‌گری شده را پیدا کنند و ایمنی سازه را بهبود ببخشند.

در طول جنگ جهانی دوم، گروه های تحقیقاتی مستقل در ایالات متحده

حل تصاویر در مقیاس اتم

پیزوالکتریکی بار الکتریکی است که در مواد جامد خاصی مانند کریستال ها، سرامیک ها و مواد بیولوژیکی مانند استخوان و DNA تجمع می یابد. این واکنشی است به تنش های مکانیکی اعمال شده و از کلمه یونانی "piezein" به معنای فشرده کردن یا فشار دادن مشتق شده است. اثر پیزوالکتریک از برهمکنش الکترومکانیکی خطی بین حالت‌های مکانیکی و الکتریکی در مواد کریستالی با تقارن وارونگی ناشی می‌شود.

پیزوالکتریک فرآیندی برگشت‌پذیر است و موادی که اثر پیزوالکتریک را نشان می‌دهند، اثر پیزوالکتریک معکوس را نیز نشان می‌دهند، که تولید داخلی کرنش مکانیکی ناشی از یک میدان الکتریکی اعمال‌شده است. نمونه‌هایی از این شامل کریستال‌های تیتانات زیرکونات سرب است که وقتی ساختار استاتیکی آنها از ابعاد اصلی تغییر شکل می‌دهد، پیزوالکتریک قابل اندازه‌گیری تولید می‌کنند. برعکس، کریستال ها با اعمال میدان الکتریکی خارجی که به عنوان اثر پیزوالکتریک معکوس شناخته می شود و در تولید امواج اولتراسوند استفاده می شود، بعد استاتیک خود را تغییر می دهند.

فیزیکدانان فرانسوی ژاک و پیر کوری در سال 1880 پیزوالکتریک را کشف کردند. اثر پیزوالکتریک برای کاربردهای مفید مختلفی از جمله تولید و تشخیص صدا، چاپ جوهر افشان پیزوالکتریک، تولید برق با ولتاژ بالا، ژنراتورهای ساعت و دستگاه‌های الکترونیکی مانند میکروبالانس و درایو نازل اولتراسونیک. همچنین اساس میکروسکوپ‌های کاوشگر روبشی را تشکیل می‌دهد که برای تشخیص تصاویر در مقیاس اتم استفاده می‌شوند.

پیزوالکتریک همچنین در کاربردهای روزمره مانند تولید جرقه برای احتراق گاز در وسایل پخت و پز و گرمایش، مشعل ها، فندک ها و غیره استفاده می شود. اثر پیرالکتریک، که ماده‌ای است که پتانسیل الکتریکی را در پاسخ به تغییر دما تولید می‌کند، توسط کارل لینائوس و فرانتس اپینوس در اواسط قرن هجدهم مورد مطالعه قرار گرفت. آنها با تکیه بر دانش رنه هاوی و آنتوان سزار بکرل، رابطه ای بین تنش مکانیکی و بار الکتریکی مطرح کردند، اما آزمایشات آنها بی نتیجه بود.

بازدیدکنندگان موزه هانتریان در گلاسکو می توانند یک جبران کننده کریستال پیزو کوری را مشاهده کنند که نمایشی از اثر مستقیم پیزوالکتریک توسط برادران پیر و ژاک کوری است. همراه با دانش آنها از پیرالکتریک و درک ساختارهای کریستالی زیرین، آنها منجر به پیش‌بینی پیرالکتریک و توانایی پیش‌بینی رفتار کریستالی شدند. این امر با تأثیر کریستال هایی مانند تورمالین، کوارتز، توپاز، نیشکر و نمک روشل نشان داده شد. تتراهیدرات تارتارات سدیم و پتاسیم و نمک کوارتز و روشل پیزوالکتریکی را نشان می‌دهند و یک دیسک پیزوالکتریک هنگام تغییر شکل ولتاژ تولید می‌کند، اگرچه تغییر شکل بسیار اغراق‌آمیز است. کوری ها توانستند اثر پیزوالکتریک معکوس را پیش بینی کنند و اثر معکوس به صورت ریاضی از اصول بنیادی ترمودینامیکی توسط گابریل لیپمن در سال 1881 استنتاج شد.

کوری ها بلافاصله وجود اثر معکوس را تأیید کردند و به دنبال اثبات کمی برگشت پذیری کامل تغییر شکل های الکتروالاستو-مکانیکی در کریستال های پیزوالکتریک شدند. برای چندین دهه، پیزوالکتریک به عنوان یک کنجکاوی آزمایشگاهی باقی ماند، اما ابزاری حیاتی در کشف پولونیوم و رادیوم توسط پیر و ماری کوری بود. کار آنها برای کاوش و تعریف ساختارهای کریستالی که پیزوالکتریک را نشان می‌دهند با انتشار کتاب Lehrbuch der Kristallphysik (کتاب درسی فیزیک کریستال) اثر ولدمار ووگت به اوج خود رسید.

پیکاپ گیتارهای الکترونیکی تقویت شده

موتورهای پیزوالکتریک موتورهای الکتریکی هستند که از اثر پیزوالکتریک برای تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی استفاده می کنند. اثر پیزوالکتریک توانایی برخی مواد برای تولید بار الکتریکی در هنگام قرار گرفتن در معرض فشار مکانیکی است. موتورهای پیزوالکتریک در کاربردهای مختلفی استفاده می‌شوند، از تأمین انرژی دستگاه‌های کوچک مانند ساعت‌ها و ساعت‌ها تا تأمین انرژی ماشین‌های بزرگ‌تر مانند روبات‌ها و تجهیزات پزشکی.

موتورهای پیزوالکتریک در پیکاپ های گیتار تقویت شده الکترونیکی استفاده می شوند. این پیکاپ ها از اثر پیزوالکتریک برای تبدیل ارتعاشات سیم های گیتار به سیگنال الکتریکی استفاده می کنند. سپس این سیگنال تقویت شده و به یک تقویت کننده ارسال می شود که صدای گیتار را تولید می کند. پیکاپ های پیزوالکتریک در درام های الکترونیکی مدرن نیز مورد استفاده قرار می گیرند، جایی که از آنها برای تشخیص ارتعاشات سر درام و تبدیل آنها به سیگنال الکتریکی استفاده می شود.

موتورهای پیزوالکتریک همچنین در میکروسکوپ‌های کاوشگر روبشی استفاده می‌شوند که از اثر پیزوالکتریک برای حرکت یک کاوشگر کوچک در سطح یک سطح استفاده می‌کنند. این به میکروسکوپ اجازه می دهد تا تصاویر را در مقیاس اتم ها تشخیص دهد. موتورهای پیزوالکتریک همچنین در چاپگرهای جوهرافشان استفاده می‌شوند، جایی که از آنها برای حرکت دادن سر چاپ به جلو و عقب در سراسر صفحه استفاده می‌شود.

موتورهای پیزوالکتریک در کاربردهای مختلف دیگری از جمله تجهیزات پزشکی، قطعات خودرو و لوازم الکترونیکی مصرفی استفاده می شوند. آنها همچنین در کاربردهای صنعتی مانند تولید قطعات دقیق و مونتاژ اجزای پیچیده استفاده می شوند. اثر پیزوالکتریک همچنین در تولید امواج اولتراسوند استفاده می شود که در تصویربرداری پزشکی و در تشخیص عیوب مواد استفاده می شود.

به طور کلی، موتورهای پیزوالکتریک در طیف گسترده‌ای از کاربردها، از تامین انرژی دستگاه‌های کوچک تا تامین انرژی ماشین‌های بزرگ‌تر، استفاده می‌شوند. آنها در پیکاپ های گیتار تقویت شده الکترونیکی، درام های الکترونیکی مدرن، میکروسکوپ های کاوشگر اسکن، چاپگرهای جوهرافشان، دستگاه های پزشکی، قطعات خودرو، و لوازم الکترونیکی مصرفی استفاده می شوند. اثر پیزوالکتریک همچنین در تولید امواج اولتراسوند و در تشخیص عیوب مواد استفاده می شود.

درام های الکترونیکی مدرن را فعال می کند

پیزوالکتریکی بار الکتریکی است که در مواد جامد خاصی مانند کریستال ها، سرامیک ها و مواد بیولوژیکی مانند استخوان و DNA تجمع می یابد. پاسخ این مواد به تنش مکانیکی اعمال شده است. کلمه پیزوالکتریک از کلمه یونانی "piezein" به معنای "فشردن یا فشار دادن" و کلمه "elektron" که به معنای "کهربا" منبع باستانی بار الکتریکی گرفته شده است.

موتورهای پیزوالکتریک وسایلی هستند که از اثر پیزوالکتریک برای ایجاد حرکت استفاده می کنند. این اثر از برهمکنش الکترومکانیکی خطی بین حالت های مکانیکی و الکتریکی مواد کریستالی با تقارن وارونگی حاصل می شود. این یک فرآیند برگشت پذیر است، به این معنی که موادی که اثر پیزوالکتریک را نشان می دهند، اثر پیزوالکتریک معکوس را نیز نشان می دهند، که تولید داخلی کرنش مکانیکی ناشی از یک میدان الکتریکی اعمال شده است. نمونه‌ای از این کریستال‌های تیتانات زیرکونات سرب است که وقتی ساختار استاتیکی آنها از ابعاد اصلی تغییر شکل می‌دهد، پیزوالکتریک قابل اندازه‌گیری تولید می‌کنند. برعکس، هنگامی که یک میدان الکتریکی خارجی اعمال می شود، کریستال ها بعد استاتیک خود را تغییر می دهند و امواج اولتراسوند تولید می کنند.

موتورهای پیزوالکتریک در کاربردهای مختلف روزمره استفاده می شوند، مانند:

• ایجاد جرقه برای احتراق گاز در وسایل پخت و پز و گرمایش
• مشعل، فندک سیگار، و مواد اثر پیرو الکتریک
• تولید پتانسیل الکتریکی در پاسخ به تغییر دما
• تولید و تشخیص صدا
• چاپ جوهر افشان پیزوالکتریک
• تولید برق فشار قوی
• مولد ساعت و دستگاه های الکترونیکی
• میکروبالانس ها
• نازل های اولتراسونیک و مجموعه های نوری با فوکوس فوق العاده ظریف را هدایت کنید
• اساس میکروسکوپ های پروب روبشی را تشکیل می دهد
• تصاویر را در مقیاس اتم ها حل کنید
• گیتارهای تقویت شده الکترونیکی را پیکاپ می کند
• درام های الکترونیکی مدرن را فعال می کند.

مدل سازی الکترومکانیکی مبدل های پیزوالکتریک

در این بخش، من مدل‌سازی الکترومکانیکی مبدل‌های پیزوالکتریک را بررسی می‌کنم. من به تاریخچه کشف پیزوالکتریک، آزمایش‌هایی که وجود آن را ثابت کرده‌اند، و توسعه دستگاه‌ها و مواد پیزوالکتریک نگاه خواهم کرد. من همچنین در مورد مشارکت فیزیکدانان فرانسوی پیر و ژاک کوری، کارل لینه و فرانتس اپینوس، رنه هاوی و آنتوان سزار بکرل، گابریل لیپمن، و ولدمار فوگت بحث خواهم کرد.

فیزیکدانان فرانسوی پیر و ژاک کوری

پیزوالکتریک یک پدیده الکترومکانیکی است که در آن بار الکتریکی در مواد جامد خاصی مانند کریستال ها، سرامیک ها و مواد بیولوژیکی مانند استخوان و DNA تجمع می یابد. این بار در پاسخ به یک تنش مکانیکی اعمال شده ایجاد می شود. کلمه پیزوالکتریک از کلمه یونانی piezein به معنی فشار دادن یا فشار دادن و الکترون به معنی کهربا منبع باستانی بار الکتریکی گرفته شده است.

اثر پیزوالکتریک از یک برهمکنش الکترومکانیکی خطی بین حالت‌های مکانیکی و الکتریکی در مواد با تقارن وارونگی ناشی می‌شود. این اثر برگشت پذیر است، به این معنی که موادی که اثر پیزوالکتریک را نشان می دهند، اثر پیزوالکتریک معکوس را نیز نشان می دهند، جایی که تولید داخلی کرنش مکانیکی در پاسخ به یک میدان الکتریکی اعمال شده تولید می شود. برای مثال، کریستال‌های تیتانات زیرکونات سرب، زمانی که ساختار استاتیکی آن‌ها از بعد اصلی تغییر شکل می‌دهد، پیزوالکتریک قابل اندازه‌گیری تولید می‌کنند. برعکس، وقتی یک میدان الکتریکی خارجی اعمال می‌شود، کریستال‌ها بعد استاتیکی خود را تغییر می‌دهند و در فرآیندی که به عنوان اثر پیزوالکتریک معکوس شناخته می‌شود، امواج فراصوت تولید می‌کنند.

در سال 1880، فیزیکدانان فرانسوی پیر و ژاک کوری اثر پیزوالکتریک را کشف کردند و از آن زمان برای کاربردهای مفید مختلفی از جمله تولید و تشخیص صدا، چاپ جوهر افشان پیزوالکتریک، تولید برق با ولتاژ بالا، ژنراتور ساعت و الکترونیک مورد استفاده قرار گرفته است. دستگاه‌هایی مانند میکروبالانس‌ها و درایو نازل‌های اولتراسونیک برای مجموعه‌های نوری با فوکوس بسیار ظریف. همچنین پایه ای برای اسکن میکروسکوپ های کاوشگر است که می تواند تصاویر را در مقیاس اتم ها تشخیص دهد. پیزوالکتریک همچنین در پیکاپ‌های گیتارهای تقویت‌شده الکترونیکی و ماشه‌های درام‌های الکترونیکی مدرن استفاده می‌شود.

پیزوالکتریک همچنین کاربردهای روزمره دارد، مانند ایجاد جرقه برای احتراق گاز در وسایل پخت و پز و گرمایش، مشعل ها، فندک ها و موارد دیگر. اثر پیرالکتریک، جایی که یک ماده در پاسخ به تغییر دما، پتانسیل الکتریکی تولید می‌کند، توسط کارل لینائوس و فرانتس اپینوس در اواسط قرن هجدهم با تکیه بر دانش رنه هاوی و آنتوان سزار بکرل مورد مطالعه قرار گرفت. تنش مکانیکی و بار الکتریکی، اگرچه آزمایشات آنها بی نتیجه بود.

کوری‌ها با ترکیب دانش خود از پیرالکتریک و درک ساختارهای کریستالی زیربنایی، توانستند پیش‌بینی پیرالکتریک و پیش‌بینی رفتار کریستال‌ها را فراهم کنند. این در اثر کریستال هایی مانند تورمالین، کوارتز، توپاز، شکر نیشکر و نمک روشل نشان داده شد. سدیم پتاسیم تارتارات تتراهیدرات و کوارتز نیز پیزوالکتریکی را نشان دادند. یک دیسک پیزوالکتریک در هنگام تغییر شکل ولتاژ تولید می کند، اگرچه در نمایش کوری این ولتاژ بسیار اغراق آمیز است. آنها همچنین توانستند اثر پیزوالکتریک معکوس را پیش‌بینی کنند و به صورت ریاضی آن را از اصول بنیادی ترمودینامیکی گابریل لیپمن در سال 1881 استنتاج کنند.

کوری ها بلافاصله وجود اثر معکوس را تأیید کردند و به دنبال اثبات کمی برگشت پذیری کامل تغییر شکل های الکتروالاستو-مکانیکی در کریستال های پیزوالکتریک شدند. در دهه های بعد، پیزوالکتریک به عنوان یک کنجکاوی آزمایشگاهی باقی ماند تا اینکه به ابزاری حیاتی در کشف پولونیوم و رادیوم توسط پیر و ماری کوری تبدیل شد. کار آنها برای کاوش و تعریف ساختارهای کریستالی که پیزوالکتریک را به نمایش می گذاشتند با انتشار "Lehrbuch der Kristallphysik" (کتاب درسی فیزیک کریستال) ولدمار ووگت به اوج خود رسید.

آزمایش‌ها بی‌نتیجه بودند

پیزوالکتریک یک پدیده الکترومکانیکی است که در آن بار الکتریکی در مواد جامد خاصی مانند کریستال ها، سرامیک ها و مواد بیولوژیکی مانند استخوان و DNA تجمع می یابد. این واکنش به تنش های مکانیکی اعمال شده است و کلمه پیزوالکتریک از کلمات یونانی piezein به معنای فشرده کردن یا فشار دادن و ēlektron به معنای کهربا، منبع باستانی بار الکتریکی گرفته شده است.

اثر پیزوالکتریک از برهمکنش الکترومکانیکی خطی بین حالت‌های مکانیکی و الکتریکی مواد کریستالی با تقارن وارونگی حاصل می‌شود. این یک فرآیند برگشت پذیر است. موادی که اثر پیزوالکتریک را نشان می‌دهند، اثر پیزوالکتریک معکوس را نیز نشان می‌دهند، که تولید داخلی کرنش مکانیکی ناشی از یک میدان الکتریکی اعمال‌شده است. برای مثال، کریستال‌های تیتانات زیرکونات سرب، زمانی که ساختار استاتیکی آن‌ها از ابعاد اصلی تغییر شکل می‌دهد، پیزوالکتریک قابل اندازه‌گیری تولید می‌کنند. برعکس، کریستال ها می توانند بعد استاتیکی خود را با اعمال میدان الکتریکی خارجی تغییر دهند که به عنوان اثر پیزوالکتریک معکوس شناخته می شود، که در تولید امواج اولتراسوند استفاده می شود.

فیزیکدانان فرانسوی پیر و ژاک کوری در سال 1880 پیزوالکتریک را کشف کردند. از آن زمان تاکنون برای کاربردهای مفید مختلفی از جمله تولید و تشخیص صدا، چاپ جوهر افشان پیزوالکتریک، تولید برق با ولتاژ بالا، ژنراتورهای ساعت و دستگاه‌های الکترونیکی مانند میکروبالان استفاده شده است. ، نازل های اولتراسونیک و مجموعه های نوری با فوکوس فوق العاده ظریف را هدایت کنید. همچنین اساس میکروسکوپ های کاوشگر روبشی را تشکیل می دهد که می توانند تصاویر را در مقیاس اتم ها تشخیص دهند. پیزوالکتریک همچنین در پیکاپ‌ها برای گیتارهای تقویت‌شده الکترونیکی و ماشه‌ها برای درام‌های الکترونیکی مدرن استفاده می‌شود.

پیزوالکتریک در تولید جرقه برای احتراق گاز در وسایل پخت و پز و گرمایش، مشعل ها، فندک ها و موارد دیگر کاربردهای روزمره دارد. اثر پیروالکتریک، که در آن یک ماده در پاسخ به تغییر دما، پتانسیل الکتریکی تولید می‌کند، توسط کارل لینائوس و فرانتس اپینوس در اواسط قرن هجدهم، با تکیه بر دانش رنه هاوی و آنتوان سزار بکرل، که رابطه‌ای را مطرح کردند، مورد مطالعه قرار گرفت. بین استرس مکانیکی و بار الکتریکی آزمایش ها بی نتیجه بودند.

دانش ترکیبی از pyroelectricity و درک ساختارهای کریستالی زیرین باعث پیش‌بینی پیروالکتریک و توانایی پیش‌بینی رفتار کریستال‌ها شد. این در اثر کریستال هایی مانند تورمالین، کوارتز، توپاز، شکر نیشکر و نمک روشل نشان داده شد. سدیم پتاسیم تارتارات تتراهیدرات و کوارتز نیز پیزوالکتریک را نشان دادند و یک دیسک پیزوالکتریک برای تولید ولتاژ در هنگام تغییر شکل استفاده شد. این در نمایش اثر مستقیم پیزوالکتریک توسط کوری ها بسیار اغراق آمیز بود.

برادران پیر و ژاک کوری اثر پیزوالکتریک معکوس را پیش‌بینی کردند، و اثر معکوس به‌طور ریاضی از اصول بنیادی ترمودینامیکی توسط گابریل لیپمن در سال 1881 استنتاج شد. کوری‌ها بلافاصله وجود اثر معکوس را تأیید کردند و به اثبات کمی برای کامل بودن ادامه دادند. برگشت‌پذیری تغییر شکل‌های الکتروالاستو-مکانیکی در کریستال‌های پیزوالکتریک

برای چندین دهه، پیزوالکتریک به عنوان یک کنجکاوی آزمایشگاهی باقی ماند، اما ابزاری حیاتی در کشف پولونیوم و رادیوم توسط پیر و ماری کوری بود. کار آنها برای کاوش و تعریف ساختارهای کریستالی که پیزوالکتریک را به نمایش گذاشتند با انتشار کتاب Lehrbuch der Kristallphysik (کتاب درسی فیزیک کریستال) اثر ولدمار ووگت به اوج خود رسید. این کلاس‌های کریستالی طبیعی را که قادر به پیزوالکتریک هستند توصیف می‌کند و ثابت‌های پیزوالکتریک را با استفاده از تحلیل تانسور به دقت تعریف می‌کند. این اولین کاربرد عملی مبدل های پیزوالکتریک بود، و سونار در طول جنگ جهانی اول توسعه یافت. در فرانسه، پل لانگوین و همکارانش یک آشکارساز زیردریایی اولتراسونیک ساختند.

کارل لینه و فرانتس اپینوس

پیزوالکتریک یک پدیده الکترومکانیکی است که در آن بار الکتریکی در مواد جامد خاصی مانند کریستال ها، سرامیک ها و مواد بیولوژیکی مانند استخوان و DNA تجمع می یابد. این شارژ در پاسخ به تنش مکانیکی اعمال شده ایجاد می شود. کلمه پیزوالکتریک از کلمات یونانی πιέζειν (piezein) به معنای فشار دادن یا فشار دادن و ἤλεκτρον (ēlektron) به معنای کهربا، منبع باستانی بار الکتریکی گرفته شده است.

اثر پیزوالکتریک از یک برهمکنش الکترومکانیکی خطی بین حالت‌های مکانیکی و الکتریکی مواد کریستالی با تقارن وارونگی حاصل می‌شود. این اثر برگشت پذیر است، به این معنی که موادی که پیزوالکتریک را نشان می دهند، اثر پیزوالکتریک معکوس را نیز نشان می دهند، که تولید داخلی کرنش مکانیکی ناشی از یک میدان الکتریکی اعمال شده است. برای مثال، کریستال‌های تیتانات زیرکونات سرب، زمانی که ساختار استاتیکی آن‌ها از بعد اصلی تغییر شکل می‌دهد، پیزوالکتریک قابل اندازه‌گیری تولید می‌کنند. برعکس، کریستال ها می توانند بعد استاتیکی خود را با اعمال میدان الکتریکی خارجی تغییر دهند که به عنوان اثر پیزوالکتریک معکوس شناخته می شود و در تولید امواج اولتراسوند استفاده می شود.

در سال 1880، فیزیکدانان فرانسوی، ژاک و پیر کوری، اثر پیزوالکتریک را کشف کردند و از آن زمان برای بسیاری از کاربردهای مفید، از جمله تولید و تشخیص صدا، چاپ جوهر افشان پیزوالکتریک، تولید برق با ولتاژ بالا، ژنراتورهای ساعت، دستگاه های الکترونیکی، میکروبالانس ها استفاده شده است. ، نازل های اولتراسونیک و مجموعه های نوری با فوکوس فوق العاده ظریف را هدایت کنید. همچنین پایه ای برای اسکن میکروسکوپ های کاوشگر است که برای تشخیص تصاویر در مقیاس اتم ها استفاده می شود. پیزوالکتریک همچنین در پیکاپ‌های گیتارهای تقویت‌شده الکترونیکی و ماشه‌های درام‌های الکترونیکی مدرن استفاده می‌شود.

پیزوالکتریک در مصارف روزمره نیز یافت می‌شود، مانند تولید جرقه برای احتراق گاز در وسایل پخت و پز و گرمایش، مشعل‌ها، فندک‌ها، و اثر پیرالکتریک، زمانی که یک ماده در پاسخ به تغییر دما پتانسیل الکتریکی تولید می‌کند. این اثر توسط کارل لینائوس و فرانتس اپینوس در اواسط قرن 18 مورد مطالعه قرار گرفت و از دانش رنه هاوی و آنتوان سزار بکرل استفاده شد که رابطه ای بین تنش مکانیکی و بار الکتریکی را مطرح کردند، اگرچه آزمایشات آنها بی نتیجه بود.

نمای یک کریستال پیزو در جبران کننده کوری در موزه هانتریان در اسکاتلند نمایشی از اثر مستقیم پیزوالکتریک توسط برادران پیر و ژاک کوری است. ترکیب دانش آنها از پیرالکتریک با درک ساختارهای کریستالی زیربنایی باعث پیش‌بینی پیروالکتریک و توانایی پیش‌بینی رفتار کریستالی شد. این امر با تأثیر کریستال هایی مانند تورمالین، کوارتز، توپاز، نیشکر و نمک روشل نشان داده شد. سدیم پتاسیم تارتارات تتراهیدرات و کوارتز از نمک روشل پیزوالکتریکی را نشان می‌دهند، و یک دیسک پیزوالکتریک هنگام تغییر شکل ولتاژ تولید می‌کند، اگرچه در تظاهرات کوری این ولتاژ بسیار اغراق‌آمیز است.

پیش‌بینی اثر پیزوالکتریک معکوس و استنتاج ریاضی آن از اصول بنیادی ترمودینامیکی توسط گابریل لیپمن در سال 1881 انجام شد. کوری‌ها فوراً وجود اثر معکوس را تأیید کردند و در ادامه به اثبات کمی برگشت‌پذیری کامل الکتروالاستو-الستو-الکتروالاستو- رسیدند. تغییر شکل های مکانیکی در کریستال های پیزوالکتریک برای چندین دهه، پیزوالکتریک به عنوان یک کنجکاوی آزمایشگاهی باقی ماند تا اینکه به ابزاری حیاتی در کشف پولونیوم و رادیوم توسط پیر و ماری کوری تبدیل شد، که از آن برای کشف و تعریف ساختارهای کریستالی که پیزوالکتریک را نشان می‌دادند، استفاده کردند. این امر با انتشار کتاب Lehrbuch der Kristallphysik (کتاب درسی فیزیک کریستال) اثر Woldemar Voigt به اوج خود رسید که طبقات کریستال طبیعی را که قادر به ایجاد پیزوالکتریک هستند توصیف کرد و ثابت های پیزوالکتریک را با استفاده از تحلیل تانسور به دقت تعریف کرد.

این کاربرد عملی مبدل های پیزوالکتریک منجر به توسعه سونار در طول جنگ جهانی اول شد. در فرانسه، Paul Langevin و همکارانش یک آشکارساز زیردریایی اولتراسونیک ساختند. آشکارساز شامل یک مبدل ساخته شده از کریستال های نازک کوارتز بود که با دقت به صفحات فولادی چسبانده شده بودند و یک هیدروفون برای تشخیص پژواک برگشتی پس از انتشار یک پالس فرکانس بالا از مبدل. با اندازه‌گیری زمان لازم برای شنیدن پژواک امواج صوتی که از یک جسم پرتاب می‌شوند، توانستند فاصله جسم را محاسبه کنند. آنها از پیزوالکتریک برای موفقیت این سونار استفاده کردند و این پروژه توسعه و علاقه شدیدی به دستگاه های پیزوالکتریک ایجاد کرد.

رنه هاوی و آنتوان سزار بکرل

پیزوالکتریک یک پدیده الکترومکانیکی است که زمانی رخ می‌دهد که مواد جامد خاصی مانند کریستال‌ها، سرامیک‌ها و مواد بیولوژیکی مانند استخوان و DNA در پاسخ به تنش مکانیکی اعمال شده، بار الکتریکی تجمع می‌کنند. پیزوالکتریک از کلمه یونانی "piezein" به معنای "فشردن یا فشار دادن" و "elektron" به معنای "کهربا"، منبع باستانی بار الکتریکی گرفته شده است.

اثر پیزوالکتریک از یک برهمکنش الکترومکانیکی خطی بین حالت‌های مکانیکی و الکتریکی در مواد کریستالی با تقارن وارونگی حاصل می‌شود. این اثر برگشت پذیر است، به این معنی که موادی که اثر پیزوالکتریک را نشان می دهند، اثر پیزوالکتریک معکوس یا تولید داخلی کرنش مکانیکی ناشی از میدان الکتریکی اعمال شده را نیز نشان می دهند. برای مثال، کریستال‌های تیتانات زیرکونات سرب، زمانی که ساختار استاتیکی آن‌ها از بعد اصلی تغییر شکل می‌دهد، پیزوالکتریک قابل اندازه‌گیری تولید می‌کنند. برعکس، کریستال ها می توانند بعد استاتیکی خود را با اعمال میدان الکتریکی خارجی تغییر دهند و در نتیجه اثر پیزوالکتریک معکوس و تولید امواج اولتراسوند ایجاد شود.

فیزیکدانان فرانسوی پیر و ژاک کوری در سال 1880 اثر پیزوالکتریک را کشف کردند. این اثر برای کاربردهای مفید مختلفی از جمله تولید و تشخیص صدا، چاپ جوهر افشان پیزوالکتریک، تولید برق با ولتاژ بالا، ژنراتورهای ساعت و دستگاه های الکترونیکی مورد استفاده قرار گرفته است. مانند میکروبالانس ها، نازل های اولتراسونیک درایو، و مجموعه های نوری با فوکوس فوق العاده ظریف. همچنین اساس میکروسکوپ‌های کاوشگر روبشی را تشکیل می‌دهد که می‌توانند تصاویر را در مقیاسی از اتم‌ها تشخیص دهند. پیزوالکتریک همچنین در پیکاپ‌ها برای گیتارهای تقویت‌شده الکترونیکی و ماشه‌ها برای درام‌های الکترونیکی مدرن استفاده می‌شود.

اثر پیزوالکتریک برای اولین بار توسط کارل لینه و فرانتس اپینوس در اواسط قرن هجدهم مورد مطالعه قرار گرفت و از دانش رنه هاوی و آنتوان سزار بکرل استفاده شد که رابطه ای بین تنش مکانیکی و بار الکتریکی را مطرح کردند. با این حال، آزمایش ها بی نتیجه بودند. همراه با دانش پیرو الکتریسیته، و درک ساختارهای کریستالی زیربنایی، این امر منجر به پیش‌بینی پیرالکتریک و توانایی پیش‌بینی رفتار کریستالی شد. این در اثر کریستال هایی مانند تورمالین، کوارتز، توپاز، شکر نیشکر و نمک روشل نشان داده شد. سدیم پتاسیم تارتارات تتراهیدرات و کوارتز نیز پیزوالکتریک را نشان دادند و یک دیسک پیزوالکتریک برای تولید ولتاژ در هنگام تغییر شکل استفاده شد. این اثر در نمایش کوری ها در موزه اسکاتلند که اثر مستقیم پیزوالکتریک را نشان می داد، بسیار اغراق آمیز بود.

برادران پیر و ژاک کوری در ادامه به اثبات کمی برگشت پذیری کامل تغییر شکل های الکتروالاستو-مکانیکی در کریستال های پیزوالکتریک دست یافتند. برای چندین دهه، پیزوالکتریک به عنوان یک کنجکاوی آزمایشگاهی باقی ماند تا اینکه به ابزاری حیاتی در کشف پولونیوم و رادیوم توسط پیر و ماری کوری تبدیل شد. این کار ساختارهای کریستالی را که پیزوالکتریک را به نمایش می‌گذارند، بررسی و تعریف کرد، که با انتشار کتاب Lehrbuch der Kristallphysik (کتاب درسی فیزیک کریستال) اثر Woldemar Voigt به اوج خود رسید.

کوری ها بلافاصله وجود اثر معکوس را تایید کردند و به استنباط ریاضی اصول بنیادی ترمودینامیکی اثر معکوس پرداختند. این کار توسط گابریل لیپمن در سال 1881 انجام شد. سپس از پیزوالکتریک برای توسعه سونار در طول جنگ جهانی اول استفاده شد. در فرانسه، پل لانگوین و همکارانش یک آشکارساز زیردریایی اولتراسونیک ساختند. این آشکارساز شامل یک مبدل ساخته شده از کریستال های نازک کوارتز بود که به دقت روی صفحات فولادی چسبانده شده بود و یک هیدروفون برای تشخیص پژواک برگشتی. با انتشار یک پالس با فرکانس بالا از مبدل و اندازه گیری زمان لازم برای شنیدن پژواک امواج صوتی که از یک جسم پرتاب می شوند، می توانند فاصله تا جسم را محاسبه کنند.

استفاده از کریستال های پیزوالکتریک توسط آزمایشگاه های تلفن بل پس از جنگ جهانی دوم بیشتر توسعه یافت. Frederick R. Lack که در بخش مهندسی رادیو تلفن کار می کرد، یک کریستال برش ایجاد کرد که می توانست در طیف وسیعی از دماها کار کند. کریستال لاک نیازی به لوازم جانبی سنگین کریستال های قبلی نداشت و استفاده از آن در هواپیما را تسهیل می کرد. این پیشرفت به نیروهای هوایی متفقین اجازه داد تا با استفاده از رادیو هوانوردی در حملات توده ای هماهنگ شرکت کنند. توسعه دستگاه‌ها و مواد پیزوالکتریک در ایالات متحده باعث شد شرکت‌ها در آغاز دوران جنگ در این زمینه توسعه پیدا کنند و منافع در تضمین حق ثبت اختراع سودآور برای مواد جدید توسعه یافت. کریستال‌های کوارتز به‌عنوان یک ماده پیزوالکتریک مورد بهره‌برداری تجاری قرار گرفتند و دانشمندان به دنبال موادی با عملکرد بالاتر بودند. با وجود پیشرفت در مواد و بلوغ فرآیندهای تولید، ایالات متحده

گابریل لیپمن

پیزوالکتریک یک پدیده الکترومکانیکی است که در آن بار الکتریکی در مواد جامد خاصی مانند کریستال ها، سرامیک ها و مواد بیولوژیکی مانند استخوان و DNA تجمع می یابد. این نتیجه برهمکنش بین حالت های مکانیکی و الکتریکی در مواد با تقارن وارونگی است. پیزوالکتریک اولین بار توسط فیزیکدانان فرانسوی پیر و ژاک کوری در سال 1880 کشف شد.

پیزوالکتریک برای کاربردهای مفید مختلفی از جمله تولید و تشخیص صدا، چاپ جوهرافشان پیزوالکتریک و تولید برق با ولتاژ بالا مورد استفاده قرار گرفته است. پیزوالکتریسیته از کلمات یونانی πιέζειν (piezein) به معنای فشار دادن یا فشار دادن و ἤλεκτρον (ēlektron) به معنای "کهربا"، منبع باستانی بار الکتریکی گرفته شده است.

اثر پیزوالکتریک برگشت پذیر است، به این معنی که موادی که پیزوالکتریک را نشان می دهند، اثر پیزوالکتریک معکوس را نیز نشان می دهند، که در آن تولید داخلی کرنش مکانیکی ناشی از اعمال میدان الکتریکی است. برای مثال، کریستال‌های تیتانات زیرکونات سرب، زمانی که ساختار استاتیکی آن‌ها از بعد اصلی تغییر شکل می‌دهد، پیزوالکتریک قابل اندازه‌گیری تولید می‌کنند. برعکس، کریستال ها می توانند بعد استاتیکی خود را با اعمال میدان الکتریکی خارجی تغییر دهند، فرآیندی که به عنوان اثر پیزوالکتریک معکوس شناخته می شود. از این فرآیند می توان برای تولید امواج اولتراسوند استفاده کرد.

اثر پیزوالکتریک از اواسط قرن هجدهم، زمانی که کارل لینه و فرانتس اپینوس، با تکیه بر دانش رنه هاوی و آنتوان سزار بکرل، رابطه ای بین تنش مکانیکی و بار الکتریکی را مطرح کردند، مورد مطالعه قرار گرفت. با این حال، آزمایش ها بی نتیجه بودند. تا زمانی که دانش ترکیبی از پیرالکتریک و درک ساختارهای کریستالی زیربنایی منجر به پیش‌بینی پیروالکتریکی شد که محققان توانستند رفتار کریستال را پیش‌بینی کنند. این امر با تأثیر کریستال هایی مانند تورمالین، کوارتز، توپاز، نیشکر و نمک روشل نشان داده شد.

گابریل لیپمن، در سال 1881، اصول اساسی ترمودینامیکی اثر پیزوالکتریک معکوس را به صورت ریاضی استنباط کرد. کوری ها بلافاصله وجود اثر معکوس را تأیید کردند و به دنبال اثبات کمی برگشت پذیری کامل تغییر شکل های الکتروالاستو-مکانیکی در کریستال های پیزوالکتریک شدند.

برای چندین دهه، پیزوالکتریک به عنوان یک کنجکاوی آزمایشگاهی باقی ماند تا اینکه به ابزاری حیاتی در کشف پولونیوم و رادیوم توسط پیر و ماری کوری تبدیل شد. کار آنها برای کاوش و تعریف ساختارهای کریستالی که پیزوالکتریک را به نمایش گذاشتند با انتشار کتاب Lehrbuch der Kristallphysik (کتاب درسی فیزیک کریستال) اثر ولدمار ووگت به اوج خود رسید. این کلاس‌های کریستال طبیعی را که قادر به پیزوالکتریک هستند توصیف می‌کند و ثابت‌های پیزوالکتریک را با تحلیل تانسور به دقت تعریف می‌کند.

کاربرد عملی دستگاه های پیزوالکتریک با توسعه سونار در طول جنگ جهانی اول آغاز شد. پل لانگوین و همکارانش یک آشکارساز زیردریایی اولتراسونیک ساختند. این آشکارساز شامل یک مبدل ساخته شده از کریستال های نازک کوارتز بود که به دقت روی صفحات فولادی چسبانده شده بود و یک هیدروفون برای تشخیص پژواک برگشتی. با انتشار یک پالس با فرکانس بالا از مبدل و اندازه گیری زمان لازم برای شنیدن پژواک امواج صوتی که از یک جسم پرتاب می شوند، توانستند فاصله تا جسم را محاسبه کنند. این استفاده از پیزوالکتریک برای سونار موفقیت آمیز بود و این پروژه علاقه شدیدی به توسعه دستگاه های پیزوالکتریک ایجاد کرد. در طول دهه ها، مواد پیزوالکتریک جدید و کاربردهای جدید برای این مواد کشف و توسعه یافتند. دستگاه‌های پیزوالکتریک خانه‌هایی را در زمینه‌های مختلف یافتند، از کارتریج‌های گرامافون سرامیکی که طراحی پخش‌کننده را ساده‌تر می‌کردند و دستگاه‌های ضبط ارزان قیمت و دقیق را برای نگهداری و ساخت آسان‌تر می‌کردند تا توسعه مبدل‌های اولتراسونیک که امکان اندازه‌گیری آسان ویسکوزیته و کشش سیالات را فراهم می‌کرد. و جامدات، که منجر به پیشرفت های عظیم در تحقیقات مواد می شود. بازتاب سنج‌های حوزه زمان اولتراسونیک یک پالس اولتراسونیک را به یک ماده ارسال می‌کنند و بازتاب‌ها و ناپیوستگی‌ها را اندازه‌گیری می‌کنند تا عیب‌های درون اجسام فلزی و سنگی ریخته‌گری شده را پیدا کنند و ایمنی سازه را بهبود ببخشند.

پس از جنگ جهانی دوم، گروه‌های تحقیقاتی مستقل در ایالات متحده، روسیه و ژاپن دسته جدیدی از مواد مصنوعی به نام فروالکتریک را کشف کردند که ثابت‌های پیزوالکتریک را تا ده برابر بیشتر از مواد طبیعی نشان می‌داد. این منجر به تحقیقات شدید برای توسعه تیتانات باریم و بعداً تیتانات زیرکونات سرب شد، موادی با خواص خاص برای کاربردهای خاص. نمونه قابل توجهی از استفاده از کریستال های پیزوالکتریک ایجاد شد

ولدمار وویگت

پیزوالکتریک یک پدیده الکترومکانیکی است که در آن بار الکتریکی در مواد جامد خاصی مانند کریستال ها، سرامیک ها و مواد بیولوژیکی مانند استخوان و DNA تجمع می یابد. این بار در پاسخ به یک تنش مکانیکی اعمال شده ایجاد می شود. کلمه پیزوالکتریک از کلمه یونانی "piezein" به معنای "فشردن یا فشار دادن" و "elektron" به معنای "کهربا" منبع باستانی بار الکتریکی گرفته شده است.

اثر پیزوالکتریک از یک برهمکنش الکترومکانیکی خطی بین حالت‌های مکانیکی و الکتریکی مواد کریستالی با تقارن وارونگی حاصل می‌شود. این اثر برگشت پذیر است، به این معنی که موادی که پیزوالکتریک را نشان می دهند، اثر پیزوالکتریک معکوس را نیز نشان می دهند، جایی که تولید داخلی کرنش مکانیکی ناشی از یک میدان الکتریکی اعمال شده است. برای مثال، کریستال‌های تیتانات زیرکونات سرب، زمانی که ساختار استاتیکی آن‌ها از بعد اصلی تغییر شکل می‌دهد، پیزوالکتریک قابل اندازه‌گیری تولید می‌کنند. برعکس، کریستال‌ها می‌توانند بعد استاتیکی خود را با اعمال میدان الکتریکی خارجی تغییر دهند، پدیده‌ای که به عنوان اثر پیزوالکتریک معکوس شناخته می‌شود و در تولید امواج اولتراسوند استفاده می‌شود.

فیزیکدانان فرانسوی پیر و ژاک کوری در سال 1880 پیزوالکتریک را کشف کردند. اثر پیزوالکتریک از آن زمان برای کاربردهای مفید مختلفی از جمله تولید و تشخیص صدا، چاپ جوهر افشان پیزوالکتریک، تولید برق با ولتاژ بالا، ژنراتورهای ساعت و دستگاه های الکترونیکی مورد استفاده قرار گرفته است. مانند میکروبالانس ها و درایو نازل های اولتراسونیک برای فوکوس بسیار ظریف مجموعه های نوری. همچنین اساس میکروسکوپ های کاوشگر روبشی را تشکیل می دهد که می توانند تصاویر را در مقیاس اتم ها تشخیص دهند. علاوه بر این، پیکاپ ها در گیتارهای تقویت شده الکترونیکی و ماشه ها در درام های الکترونیکی مدرن از اثر پیزوالکتریک استفاده می کنند.

پیزوالکتریک همچنین در تولید جرقه برای احتراق گاز در وسایل پخت و پز و گرمایش، در مشعل ها، فندک ها و غیره کاربردهای روزمره دارد. اثر پیرالکتریک، جایی که یک ماده در پاسخ به تغییر دما، پتانسیل الکتریکی تولید می‌کند، توسط کارل لینائوس و فرانتس اپینوس در اواسط قرن هجدهم با تکیه بر دانش رنه هاوی و آنتوان سزار بکرل، که رابطه‌ای بین مکانیک را مطرح کردند، مورد مطالعه قرار گرفت. استرس و بار الکتریکی آزمایش‌ها برای اثبات این رابطه بی‌نتیجه بود.

نمای یک کریستال پیزو در جبران کننده کوری در موزه هانتریان در اسکاتلند نمایشی از اثر مستقیم پیزوالکتریک توسط برادران پیر و ژاک کوری است. ترکیب دانش آنها از پیرالکتریک با درک ساختارهای کریستالی زیربنایی منجر به پیش‌بینی پیروالکتریک شد که به آنها اجازه داد تا رفتار کریستالی را که در اثر کریستال‌هایی مانند تورمالین، کوارتز، توپاز، نیشکر و نمک روشل نشان دادند، پیش‌بینی کنند. . تتراهیدرات تارتارات سدیم و پتاسیم و کوارتز نیز پیزوالکتریک را نشان دادند و یک دیسک پیزوالکتریک برای تولید ولتاژ در هنگام تغییر شکل استفاده شد. این تغییر شکل در نمایش کوری ها بسیار اغراق آمیز بود و آنها به پیش بینی اثر پیزوالکتریک معکوس ادامه دادند. اثر معکوس از اصول بنیادی ترمودینامیکی توسط گابریل لیپمن در سال 1881 استنتاج شد.

کوری ها بلافاصله وجود اثر معکوس را تأیید کردند و به دنبال اثبات کمی برگشت پذیری کامل تغییر شکل های الکتروالاستو-مکانیکی در کریستال های پیزوالکتریک شدند. در دهه‌های بعد، پیزوالکتریک به عنوان یک کنجکاوی آزمایشگاهی باقی ماند تا اینکه به ابزاری حیاتی در کشف پولونیوم و رادیوم توسط پیر ماری کوری تبدیل شد، که از آن برای کشف و تعریف ساختارهای کریستالی که پیزوالکتریک را نشان می‌دادند، استفاده کرد. این امر با انتشار کتاب Lehrbuch der Kristallphysik (کتاب درسی فیزیک کریستال) اثر Woldemar Voigt به اوج خود رسید که طبقات کریستال طبیعی را که قادر به ایجاد پیزوالکتریک هستند توصیف کرد و ثابت های پیزوالکتریک را با استفاده از تحلیل تانسور به دقت تعریف کرد.

این منجر به کاربرد عملی دستگاه‌های پیزوالکتریک، مانند سونار، که در طول جنگ جهانی اول ساخته شد، شد. در فرانسه، Paul Langevin و همکارانش یک آشکارساز زیردریایی اولتراسونیک ساختند. این آشکارساز شامل یک مبدل ساخته شده از کریستال های نازک کوارتز بود که با دقت به صفحات فولادی چسبانده شده بودند و یک هیدروفون برای تشخیص پژواک برگشتی پس از انتشار یک پالس فرکانس بالا از مبدل. با اندازه‌گیری زمان لازم برای شنیدن پژواک امواج صوتی که از یک جسم پرتاب می‌شوند، می‌توانند فاصله تا جسم را محاسبه کنند. آنها از پیزوالکتریک برای موفقیت این سونار استفاده کردند و این پروژه توسعه و علاقه شدیدی به آن ایجاد کرد.

روابط مهم

• محرک های پیزوالکتریک: محرک های پیزوالکتریک دستگاه هایی هستند که انرژی الکتریکی را به حرکت مکانیکی تبدیل می کنند. آنها معمولاً در روباتیک، دستگاه های پزشکی و سایر کاربردهایی که کنترل حرکت دقیق مورد نیاز است استفاده می شوند.
• سنسورهای پیزوالکتریک: سنسورهای پیزوالکتریک برای اندازه گیری پارامترهای فیزیکی مانند فشار، شتاب و لرزش استفاده می شوند. آنها اغلب در کاربردهای صنعتی و پزشکی و همچنین در لوازم الکترونیکی مصرفی استفاده می شوند.
• پیزوالکتریک در طبیعت: پیزوالکتریک یک پدیده طبیعی در مواد خاصی است که در بسیاری از موجودات زنده یافت می شود. برخی از موجودات زنده از آن برای درک محیط خود و برقراری ارتباط با موجودات دیگر استفاده می کنند.

نتیجه

پیزوالکتریک پدیده ای شگفت انگیز است که در کاربردهای مختلفی از سونار گرفته تا کارتریج های گرامافون مورد استفاده قرار گرفته است. از اواسط دهه 1800 مورد مطالعه قرار گرفته است و در توسعه فن آوری مدرن بسیار مورد استفاده قرار گرفته است. این پست وبلاگ تاریخچه و کاربردهای پیزوالکتریک را بررسی کرده است و اهمیت این پدیده را در توسعه فناوری مدرن برجسته کرده است. برای کسانی که علاقه مند به یادگیری بیشتر در مورد پیزوالکتریک هستند، این پست یک نقطه شروع عالی است.

من Joost Nusselder، بنیانگذار Neaera و یک بازاریاب محتوا هستم، پدر، و عاشق امتحان کردن تجهیزات جدید با گیتار در قلب علاقه‌ام هستم، و همراه با تیمم، از سال 2020 در حال ایجاد مقالات عمیق در وبلاگ هستم. برای کمک به خوانندگان وفادار با نکات ضبط و گیتار.

من را در یوتیوب ببینید جایی که من همه این وسایل را امتحان می کنم:

اشتراک