圧電性: その力学と応用を理解するための総合ガイド

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圧電性とは、特定の材料が機械的ストレスを受けたときに電気を生成する能力であり、その逆も同様です。この言葉は、圧力と電気を意味するギリシャ語のピエゾに由来します。 1880年に初めて発見されましたが、その概念は古くから知られていました。

圧電性の最もよく知られている例は水晶ですが、他の多くの材料でもこの現象が見られます。圧電性の最も一般的な用途は、超音波の生成です。

この記事では、圧電性とは何か、それがどのように機能するか、そしてこの驚くべき現象の多くの実用的なアプリケーションのいくつかについて説明します.

圧電性とは

圧電性とは、加えられた機械的応力に応答して電荷を生成する特定の材料の能力です。これは、反転対称性を持つ結晶材料の機械的状態と電気的状態の間の線形電気機械的相互作用です。圧電材料は、高電圧電気、クロック発生器、電子デバイス、微量天秤、超音波ノズルの駆動、および超微細集光光学アセンブリの生成に使用できます。

圧電材料には、結晶、特定のセラミック、骨や DNA などの生体物質、およびタンパク質が含まれます。圧電材料に力を加えると、電荷が発生します。この電荷は、デバイスに電力を供給したり、電圧を生成したりするために使用できます。

圧電材料は、次のようなさまざまなアプリケーションで使用されます。
• 音の生成と検出
•圧電インクジェット印刷
• 高電圧発電
• クロックジェネレーター
• 電子デバイス
•微量天秤
• 超音波ノズルの駆動
• 超微細焦点光学アセンブリ
• ピックアップ電子増幅ギター用
• 最新の電子ドラムのトリガー
• ガスに点火するための火花の生成
• 調理器具と暖房器具
• 懐中電灯とシガレットライター。

圧電性の歴史は？

圧電性は、1880 年にフランスの物理学者ジャックとピエールキュリーによって発見されました。加えられた機械的応力に応答して、結晶、セラミック、生物物質などの特定の固体材料に蓄積されるのは電荷です。「圧電性」という言葉は、ギリシア語で「絞る」または「押す」を意味する「piezein」と、古代の電荷源である「琥珀」を意味する「elektron」に由来します。

圧電効果は、反転対称性を持つ結晶材料の機械的状態と電気的状態の間の線形電気機械的相互作用から生じます。これは可逆的なプロセスであり、圧電性を示す材料は逆圧電効果も示すことを意味します。これは、印加された電界に起因する機械的歪みの内部生成です。

キュリー夫妻の焦電性に関する知識と基礎となる結晶構造の理解を組み合わせることで、焦電性の予測と結晶の挙動を予測する能力が生まれました。これは、トルマリン、クォーツ、トパーズ、サトウキビ、ロシェル塩などの結晶の効果で実証されました。

キュリー夫妻はすぐに逆効果の存在を確認し、圧電結晶の電気弾性機械的変形が完全に可逆的であることの定量的証拠を得ました。何十年にもわたって、ピエールとマリー・キュリーによるポロニウムとラジウムの発見において重要なツールになるまで、圧電性は研究室の好奇心のままでした。

圧電性は、音の生成と検出、圧電インクジェット印刷、高電圧電気の生成、クロック発生器と電子デバイス、微量天秤、超音波ノズルの駆動、光学アセンブリの超微細フォーカシング、および原子のスケールで画像を解決するための走査型プローブ顕微鏡の基礎。

圧電性は、火花を発生させて調理器具や暖房器具、トーチ、シガレットライターのガスに点火するなど、日常的な用途にも利用されています。焦電効果では、材料が温度変化に応じて電位を生成します。

第一次世界大戦中のソナーの開発では、ベル電話研究所によって開発された圧電結晶が使用されました。これにより、連合軍の空軍は航空無線を使用して組織的な大規模攻撃を行うことができました。米国での圧電デバイスと材料の開発により、企業は利益の分野で戦時中の開発を続け、新しい材料の有益な特許を確保しました。

日本は、米国の圧電産業の新しい用途と成長を目の当たりにし、すぐに独自の用途を開発しました。彼らは情報を迅速に共有し、チタン酸バリウムを開発し、後に特定の用途向けの特定の特性を持つチタン酸ジルコン酸鉛材料を開発しました。

圧電性は、1880 年の発見以来長い道のりを歩んできており、現在では日常のさまざまな用途に使用されています。また、材料に超音波パルスを送信して反射と不連続性を測定し、鋳造金属や石の物体の内部の欠陥を見つけて、構造上の安全性を向上させる超音波時間領域反射計など、材料研究の進歩にも使用されています。

圧電のしくみ

このセクションでは、圧電性がどのように機能するかを探ります。固体における電荷の蓄積、線形電気機械相互作用、およびこの現象を構成する可逆プロセスを調べます。また、圧電性の歴史とその応用についても説明します。

固体の電荷蓄積

圧電性とは、結晶、セラミック、骨や DNA などの生体物質など、特定の固体材料に蓄積される電荷です。これは、加えられた機械的応力に対する反応であり、その名前はギリシャ語の「piezein」（絞るまたは押す）と「ēlektron」（琥珀色）に由来します。

圧電効果は、反転対称性を持つ結晶材料の機械的状態と電気的状態の間の線形電気機械的相互作用から生じます。これは可逆的なプロセスであり、圧電性を示す材料が逆圧電効果も示すことを意味し、印加された電場によって内部で機械的歪みが発生します。測定可能な圧電性を生成する材料の例には、チタン酸ジルコン酸鉛結晶が含まれます。

フランスの物理学者ピエールキュリーとジャックキュリーは、1880 年に圧電性を発見しました。それ以来、音の発生と検出、圧電インクジェット印刷、高電圧電気の生成、時計発生器、微量天秤などの電子デバイスなど、さまざまな有用な用途に活用されてきました。超音波ノズルを駆動して、光学アセンブリの超微細集束を行います。また、原子スケールで像を解像できる走査型プローブ顕微鏡の基礎にもなっています。圧電性は、電子的に増幅されたギターのピックアップや、最新の電子ドラムのトリガーにも使用されています。

圧電性は、火花を発生させてガスに点火したり、調理器具や暖房器具、トーチ、シガレットライター、および材料が温度変化に応じて電位を生成する焦電効果で日常的に使用されています。これは、18 世紀半ばにカールリンネとフランツエピヌスによって研究され、ルネアユイとアントワーヌセザールベクレルの知識を利用して、機械的応力と電荷の関係を仮定しました。実験は決定的ではないことが判明しました。

スコットランドのハンター博物館にあるキュリー補償器のピエゾ結晶の表示は、直接圧電効果のデモンストレーションです。ピエールキュリー兄弟とジャックキュリー兄弟は、焦電気に関する知識と、基礎となる結晶構造の理解を組み合わせ、焦電気の予測を導きました。彼らは結晶の挙動を予測することができ、トルマリン、石英、トパーズ、サトウキビ、ロシェル塩などの結晶で効果を実証しました。酒石酸カリウムナトリウム四水和物や石英も圧電性を示した。圧電ディスクは変形すると電圧を発生し、形状の変化はキュリーズのデモで非常に誇張されています。

彼らは逆圧電効果を予測することができ、逆効果は 1881 年にガブリエルリップマンによって数学的に推定されました。圧電結晶の機械的変形。

何十年もの間、圧電性は実験室の好奇心のままでしたが、ピエールとマリー・キュリーによるポロニウムとラジウムの発見において重要なツールでした。圧電性を示す結晶構造を調査および定義する彼らの研究は、Woldemar Voigt の Lehrbuch der Kristallphysik (結晶物理学の教科書) の出版で最高潮に達し、圧電性が可能な天然の結晶クラスを記述し、テンソル解析によって圧電定数を厳密に定義しました。これは圧電デバイスの実用化であり、ソナーは第一次世界大戦中に開発されました。フランスでは、ポール・ランジュバンと彼の同僚が超音波潜水艦検出器を開発しました。

検出器はトランスデューサースチールプレートに慎重に接着された薄い水晶でできており、戻ってきたエコーを検出するハイドロフォン。高音を出すことで周波数トランスデューサーからのパルスと、物体から跳ね返る音波のエコーを聞くのにかかる時間を測定することで、物体までの距離を計算することができました。彼らは圧電性を利用してソナーを成功させ、プロジェクトは圧電デバイスへの激しい発展と関心を生み出しました。何十年にもわたって、新しい圧電材料と材料の新しいアプリケーションが調査および開発され、圧電デバイスはさまざまな分野で定着しました。セラミック蓄音機カートリッジは、プレーヤーの設計を簡素化し、安価で正確なレコードプレーヤーを製造し、維持費が安く、製造が容易でした。

超音波トランスデューサーの開発により、流体や固体の粘性と弾性を簡単に測定できるようになり、材料研究が大きく進歩しました。

線形電気機械相互作用

圧電性とは、特定の材料が機械的ストレスを受けたときに電荷を生成する能力です。この言葉は、ギリシア語のπιέζειν (piezein) は「絞る、または押す」を意味し、ἤλεκτρον (エレクトロン) は古代の電荷源であった「琥珀」を意味します。

圧電性は、1880 年にフランスの物理学者ジャックとピエールキュリーによって発見されました。これは、反転対称性を持つ結晶材料の機械的状態と電気的状態の間の線形電気機械的相互作用に基づいています。この効果は可逆的です。つまり、圧電性を示す材料は逆圧電効果も示します。これにより、印加された電場によって内部で機械的歪みが発生します。静的構造から変形したときに測定可能な圧電性を生成する材料の例には、チタン酸ジルコン酸鉛結晶が含まれます。逆に、結晶は外部電界が印加されると静的寸法を変化させることができます。これは逆圧電効果として知られており、超音波の生成に使用されます。

圧電性は、次のようなさまざまな有用なアプリケーションに利用されています。

• 音の生成と検出
•圧電インクジェット印刷
• 高電圧発電
•クロックジェネレータ
• 電子デバイス
•微量天秤
• 超音波ノズルの駆動
• 超微細焦点光学アセンブリ
• 原子スケールで画像を解像する走査型プローブ顕微鏡の基礎を形成
• 電子増幅ギターのピックアップ
• 最新の電子ドラムのトリガー
• 火花を発生させて、調理器具や暖房器具のガスに点火する
• 懐中電灯とシガーライター

圧電性は、温度変化に反応して電位を生成する材料である焦電効果にも日常的に使用されています。これは、18 世紀半ばにカールリンネとフランツエピヌスによって研究され、ルネアユイとアントワーヌセザールベクレルの知識を利用して、機械的応力と電荷の関係を仮定しました。しかし、実験は決定的ではないことが判明しました。

スコットランドのハンター博物館にあるキュリー補償器の圧電結晶を見ると、直接圧電効果が実証されます。圧電性を示す結晶構造を調査して定義したのは、ピエールとジャックのキュリー兄弟の仕事であり、ウォルデマーフォークトの Lehrbuch der Kristallphysik (結晶物理学の教科書) の出版に至りました。これにより、圧電性が可能な天然結晶クラスが記述され、テンソル解析によって圧電定数が厳密に定義され、圧電デバイスの実用化につながりました。

ソナーは、第一次世界大戦中にフランスのポール・ランジュバンと彼の同僚が超音波潜水艦探知機を開発したときに開発されました。この検出器は、鋼板に慎重に接着された薄い水晶で作られたトランスデューサと、トランスデューサから高周波パルスを放出した後に戻ってくるエコーを検出するハイドロフォンで構成されていました。物体に跳ね返る音波の反響を聞くのにかかる時間を測定することで、圧電性を利用して物体までの距離を計算することができました。このプロジェクトの成功により、何十年にもわたって圧電デバイスへの強い発展と関心が生まれ、新しい圧電材料とこれらの材料の新しいアプリケーションが探求され、開発されました。圧電デバイスは、プレーヤーの設計を簡素化し、より安価でより正確なレコードプレーヤーを作成し、製造と保守がより安価で簡単になった、セラミックフォノグラフカートリッジなど、多くの分野で家を見つけました.

超音波トランスデューサの開発により、流体や固体の粘性と弾性を簡単に測定できるようになり、材料研究が大幅に進歩しました。超音波時間領域反射率計は、材料に超音波パルスを送信し、反射と不連続性を測定して、鋳造金属や石材の内部の欠陥を検出し、構造上の安全性を向上させます。第二次世界大戦後、米国、ロシア、日本の独立した研究グループは、強誘電体と呼ばれる新しいクラスの合成材料を発見しました。この材料は、天然材料よりも何倍も高い圧電定数を示しました。これにより、チタン酸バリウム、後にチタン酸ジルコン酸鉛、特定の用途向けの特定の特性を持つ材料を開発するための集中的な研究が行われました。

圧電結晶の重要な使用例は、第二次世界大戦後にベル電話研究所によって開発されました。 Frederick R. Lack は、無線電話技術部門で働いています。

可逆プロセス

圧電性は、結晶、セラミック、骨や DNA などの生物物質などの特定の固体材料に蓄積される電荷です。これは、加えられた機械的応力に対するこれらの材料の応答です。「圧電性」という言葉は、ギリシア語で「絞る」または「押す」を意味する「piezein」と、古代の電荷源である「琥珀」を意味する「エレクトロン」に由来します。

圧電効果は、反転対称性を持つ結晶材料の機械的状態と電気的状態の間の線形電気機械的相互作用から生じます。これは可逆的なプロセスであり、圧電性を示す材料は逆圧電効果も示すことを意味します。これは、印加された電界に起因する機械的歪みの内部生成です。測定可能な圧電性を生成する材料の例には、チタン酸ジルコン酸鉛結晶が含まれます。これらの結晶の静的構造が変形すると元の寸法に戻り、逆に外部電場がかかると静的寸法が変化して超音波が発生します。

フランスの物理学者ジャックとピエールキュリーは 1880 年に圧電性を発見しました。それ以来、音の生成と検出、圧電インクジェット印刷、高電圧電気の生成、クロックジェネレータ、電子デバイス、微量天秤、超音波ノズルと超微細焦点光学アセンブリを駆動します。また、原子スケールで画像を解像できる走査型プローブ顕微鏡の基礎にもなります。圧電性は、電子的に増幅されたギターのピックアップや、最新の電子ドラムのトリガーにも使用されています。

圧電性は、火花を発生させて調理器具や加熱器具、トーチ、シガレットライターなどのガスに点火するなど、日常的な用途にも利用されています。材料が温度変化に反応して電位を生成する焦電効果は、18 世紀半ばにカールリンネ、フランツエピヌス、ルネアウイによって琥珀の知識を利用して研究されました。アントワーヌ・セザール・ベクレルは、機械的応力と電荷の関係を仮定しましたが、実験は決定的なものではありませんでした.

グラスゴーのハンテリアン博物館の訪問者は、ピエールキュリー兄弟とジャックキュリー兄弟による直接圧電効果のデモンストレーションであるピエゾクリスタルキュリー補償器を見ることができます。彼らの焦電性に関する知識と基礎となる結晶構造の理解を組み合わせることで、焦電性の予測と結晶挙動を予測する能力が生まれました。これは、トルマリン、クォーツ、トパーズ、サトウキビ、ロッシェル塩などの結晶の効果で実証されました。酒石酸ナトリウムと酒石酸カリウムの四水和物と石英も圧電性を示し、圧電ディスクを使用して変形時に電圧を発生させました。この形状の変化は、逆圧電効果を予測するために、キュリーによって非常に誇張されていました。逆効果は、1881 年に Gabriel Lippmann によって基本的な熱力学原理から数学的に推定されました。

キュリー夫妻はすぐに逆効果の存在を確認し、圧電結晶の電気弾性機械的変形が完全に可逆的であることの定量的証拠を得ました。何十年もの間、圧電性は実験室の好奇心のままでしたが、ピエールとマリー・キュリーによるポロニウムとラジウムの発見において重要なツールでした。圧電性を示す結晶構造を調査および定義する彼らの研究は、Woldemar Voigt の Lehrbuch der Kristallphysik (Textbook of Crystal Physics) の出版で最高潮に達しました。これは、圧電性が可能な天然結晶クラスを記述し、テンソル解析を使用して圧電定数を厳密に定義しました。

ソナーなどの圧電デバイスの実用化は、第一次世界大戦中に開発されました。フランスでは、ポール・ランジュバンと彼の同僚が超音波潜水艦検出器を開発しました。この検出器は、鋼板に慎重に接着された薄い水晶で作られた変換器と、返されたエコーを検出するハイドロフォンで構成されていました。トランスデューサから高周波パルスを放射し、物体から跳ね返る音波のエコーを聞くのにかかる時間を測定することで、物体までの距離を計算することができました。彼らは圧電性を利用してこのソナーを成功させました。このプロジェクトは、圧電デバイスへの激しい開発と関心を生み出し、数十年にわたって、新しい圧電材料とこれらの材料の新しいアプリケーションが調査され、開発されました。圧電デバイス

圧電性の原因は何ですか?

このセクションでは、圧電性の起源と、この現象を示すさまざまな材料について説明します。古代の電荷源であるギリシャ語の「ピエゼイン」と、焦電効果について見ていきます。また、ピエールとジャック・キュリーの発見と 20 世紀の圧電デバイスの開発についても説明します。

ギリシャ語のピエゼイン

圧電性とは、結晶、セラミック、骨や DNA などの生体物質など、特定の固体材料に電荷が蓄積されることです。これは、加えられた機械的応力に対するこれらの材料の反応によって引き起こされます。圧電性という言葉は、ギリシア語の「圧搾または押す」を意味する「piezein」と、古代の電荷源である「琥珀」を意味する「ēlektron」に由来します。

圧電効果は、反転対称性を持つ結晶材料の機械的状態と電気的状態の間の線形電気機械的相互作用から生じます。これは可逆的なプロセスであり、圧電性を示す材料は逆圧電効果も示すことを意味します。これは、印加された電界に起因する機械的歪みの内部生成です。例えば、ジルコン酸チタン酸鉛結晶は、その静的構造が元の寸法から変形すると、測定可能な圧電性を生成します。逆に、結晶は外部電場が印加されると静的寸法を変化させることができます。これは逆圧電効果として知られており、超音波の生成です。

フランスの物理学者ジャックキュリーとピエールキュリーは、1880 年に圧電性を発見しました。圧電効果は、音の生成と検出、圧電インクジェット印刷、高電圧電気の生成、時計発生器、微量天秤などの電子デバイスなど、多くの有用な用途に利用されてきました。、駆動超音波ノズル、および超微細焦点光学アセンブリ。また、原子スケールで像を解像できる走査型プローブ顕微鏡の基礎にもなっています。圧電性は、電子的に増幅されたギターのピックアップや、最新の電子ドラムのトリガーにも使用されています。

圧電性は、火花を生成して調理器具や加熱器具、トーチ、シガレットライターなどのガスに点火するなど、日常的に使用されています。温度変化に応じて電位が発生する焦電効果は、18 世紀半ばにカールリンネとフランツエピヌスによって研究され、ルネアユイとアントワーヌセザールベクレルの知識に基づいて研究されました。機械的ストレスと電荷。実験は決定的ではないことが判明しました。

スコットランドの博物館では、ビジターはピエゾクリスタルキュリー補償装置を見ることができます。これは、ピエールキュリー兄弟とジャックキュリー兄弟による直接圧電効果のデモンストレーションです。彼らの焦電に関する知識と基礎となる結晶構造の理解を組み合わせることで、焦電気の予測と結晶挙動を予測する能力が生まれました。これは、トルマリン、クォーツ、トパーズ、サトウキビ、ロシェル塩などの結晶の効果によって実証されました。酒石酸カリウムナトリウム四水和物とロッシェル塩の石英は圧電性を示し、圧電ディスクは変形すると電圧を発生します。この形の変化は、キュリーのデモンストレーションでは非常に誇張されています。

キュリー夫妻は、圧電結晶の電気弾性機械的変形が完全に可逆的であることの定量的証拠を得ました。何十年もの間、ピエールとマリー・キュリーによるポロニウムとラジウムの発見において重要なツールになるまで、圧電性は実験室の好奇心のままでした。圧電性を示す結晶構造を調査および定義する彼らの研究は、Woldemar Voigt の Lehrbuch der Kristallphysik (Textbook of Crystal Physics) の出版で最高潮に達しました。これは、圧電性が可能な天然結晶クラスを記述し、テンソル解析を通じて圧電定数を厳密に定義しました。

この圧電性の実用化は、第一次世界大戦中にソナーの開発につながりました。フランスでは、ポール・ランジュバンと彼の同僚が超音波潜水艦検出器を開発しました。検出器は、ハイドロフォンと呼ばれる鋼板に慎重に接着された薄い水晶で作られたトランスデューサで構成され、高周波パルスを放出した後に返されたエコーを検出しました。トランスデューサは、物体から跳ね返る音波のエコーを聞くのにかかる時間を測定して、物体の距離を計算しました。ソナーでの圧電性の使用は成功し、プロジェクトは何十年にもわたって圧電デバイスへの激しい開発と関心を生み出しました。

新しい圧電材料とこれらの材料の新しいアプリケーションが調査および開発され、圧電デバイスは、プレーヤーの設計を簡素化し、より安価で正確なレコードプレーヤーを作成し、保守が安価で簡単になったセラミックフォノグラフカートリッジなど、多くの分野で使用されました。構築する。開発

古代の電荷源

圧電性とは、結晶、セラミック、骨や DNA などの生体物質など、特定の固体材料に蓄積される電荷です。これは、加えられた機械的応力に対する材料の応答によって引き起こされます。「圧電性」という言葉は、ギリシア語の「圧搾または押す」を意味する「piezein」と、古代の電荷源である「琥珀」を意味する「elektron」に由来します。

圧電効果は、反転対称性を持つ結晶材料の機械的状態と電気的状態の間の線形電気機械的相互作用から生じます。これは可逆的なプロセスであり、圧電性を示す材料は逆圧電効果も示すことを意味します。これは、印加された電界に起因する機械的歪みの内部生成です。例えば、チタン酸ジルコン酸鉛結晶は、その静的構造が元の寸法から変形すると、測定可能な圧電性を生成します。逆に、外部電場が印加されると、結晶は逆圧電効果で静的寸法を変化させ、超音波を生成します。

圧電効果は、1880 年にフランスの物理学者ジャックとピエールキュリーによって発見されました。これは、音の生成と検出、圧電インクジェット印刷、高電圧電気の生成、クロック発生器、マイクロ天びんなどの電子デバイス、光学アセンブリの超微細集束用の超音波ノズルの駆動など、さまざまな有用なアプリケーションに活用されています。また、原子スケールで画像を解像するために使用される走査型プローブ顕微鏡の基礎も形成します。圧電性は、電子的に増幅されたギターのピックアップや、最新の電子ドラムのトリガーにも使用されています。

圧電性は、火花を発生させて、調理器具や加熱器具、懐中電灯、シガレットライターなどのガスに点火するなど、日常的に使用されています。温度変化に応じて電位が生成される焦電効果は、18 世紀半ばにカールリンネとフランツエピヌスによって研究され、ルネアユとアントワーヌセザールベクレルの知識を利用して、ストレスと電荷。しかし、彼らの実験は決定的なものではありませんでした。

スコットランドのハンテリアン博物館にある圧電結晶とキュリー補償器のビューは、直接的な圧電効果を示しています。圧電性を示す結晶構造を調査して定義したのは、ピエールとジャックのキュリー兄弟の仕事であり、ウォルデマーフォークトの Lehrbuch der Kristallphysik (結晶物理学の教科書) の出版に至りました。これにより、圧電性が可能な天然の結晶クラスが記述され、テンソル解析によって圧電定数が厳密に定義され、圧電デバイスの実用化が可能になりました。

ソナーは、第一次世界大戦中にフランスのポール・ランジュバンと彼の同僚によって開発され、超音波潜水艦探知機を開発しました。検出器は、鋼板に慎重に接着された薄い水晶で作られた変換器と、返されたエコーを検出するハイドロフォンで構成されていました。トランスデューサから高周波パルスを放射し、物体に跳ね返る音波のエコーを聞くのにかかる時間を測定することで、物体までの距離を計算することができました。彼らは圧電性を利用してこのソナーを成功させました。このプロジェクトは、何十年にもわたって圧電デバイスへの強い発展と関心を生み出しました。

焦電性

圧電性とは、加えられた機械的応力に応答して電荷を蓄積する特定の材料の能力です。これは、反転対称性を持つ結晶材料の機械的状態と電気的状態の間の線形電気機械的相互作用です。「圧電性」という言葉は、ギリシア語の「圧搾または押す」を意味する「piezein」と、古代の電荷源である「琥珀」を意味するギリシア語の「エレクトロン」に由来します。

圧電効果は、1880 年にフランスの物理学者 Jacques と Pierre Curie によって発見されました。これは可逆プロセスであり、圧電効果を示す材料は逆圧電効果も示すことを意味します。これは、印加された電場に起因する機械的歪みの内部生成です。測定可能な圧電性を生成する材料の例には、チタン酸ジルコン酸鉛結晶が含まれます。静的構造が変形すると、元の寸法に戻ります。逆に、外部電場が印加されると、逆圧電効果が生じ、超音波が生成されます。

圧電効果は、音の生成と検出、圧電インクジェット印刷、高電圧電気の生成、クロック発生器、マイクロ天びんなどの電子デバイス、超音波ノズルの駆動、超微細集光光学アセンブリなど、多くの有用なアプリケーションに利用されています。また、原子スケールで画像を解像するために使用される走査型プローブ顕微鏡の基礎でもあります。圧電性は、電子的に増幅されたギターのピックアップや、最新の電子ドラムのトリガーにも使用されています。

圧電性は、火花を生成して調理器具や加熱器具、トーチ、シガレットライターなどのガスに点火するなど、日常的に使用されています。温度変化に応じて電位が生成される焦電効果は、18 世紀半ばにカールリンネとフランツエピヌスによって研究され、関係を仮定したルネアユイとアントワーヌセザールベクレルの知識を利用しました。機械的応力と電荷の間。しかし、実験は決定的ではないことが判明しました。

スコットランドのキュリー補償器博物館にある圧電結晶の表示は、直接圧電効果のデモンストレーションです。ピエールキュリー兄弟とジャックキュリー兄弟は、焦電性の知識とその基礎となる結晶構造の理解を組み合わせて、焦電性の理解と結晶の挙動の予測を行いました。これは、トルマリン、クォーツ、トパーズ、サトウキビ、ロシェル塩などの結晶の効果で実証されました。酒石酸カリウムナトリウム四水和物と石英が圧電性を示すことを発見し、圧電ディスクを変形させると電圧を発生させるために使用されました。これは、逆圧電効果を予測するためにキュリーによって非常に誇張されました。逆効果は、1881 年に Gabriel Lippmann によって基本的な熱力学原理によって数学的に推定されました。

キュリー夫妻はすぐに逆効果の存在を確認し、圧電結晶の電気弾性機械的変形が完全に可逆的であることの定量的証拠を得ました。その後の数十年間、ピエールとマリー・キュリーによるポロニウムとラジウムの発見において重要なツールになるまで、圧電性は実験室の好奇心のままでした。圧電性を示す結晶構造を調査および定義する彼らの研究は、Woldemar Voigt の Lehrbuch der Kristallphysik (Textbook of Crystal Physics) の出版で最高潮に達しました。

ソナーの開発は成功し、プロジェクトは圧電デバイスへの激しい開発と関心を生み出しました。その後の数十年で、新しい圧電材料とこれらの材料の新しいアプリケーションが調査され、開発されました。圧電デバイスは、プレーヤーの設計を簡素化し、維持費が安く製造が容易な、より安価で正確なレコードプレーヤーを作成したセラミック蓄音機カートリッジなど、多くの分野で利用されました。超音波トランスデューサの開発により、流体や固体の粘性と弾性を簡単に測定できるようになり、材料研究が大きく進歩しました。超音波時間領域反射率計は、材料に超音波パルスを送信し、反射と不連続性を測定して、鋳造金属や石材の内部の欠陥を検出し、構造上の安全性を向上させます。

第二次世界大戦後、米国、ロシア、日本の独立した研究グループは、強誘電体と呼ばれる新しいクラスの合成材料を発見しました。

圧電材料

このセクションでは、圧電効果を示す材料について説明します。圧電効果とは、加えられた機械的応力に応じて特定の材料が電荷を蓄積する能力です。結晶、セラミック、生体物質、骨、DNA、タンパク質、およびそれらすべてが圧電効果にどのように反応するかを調べます。

クリスタル

圧電性とは、加えられた機械的応力に応答して電荷を蓄積する特定の材料の能力です。圧電性という言葉は、ギリシア語で「絞る」または「押す」を意味するπιέζειν (piezein) と、古代の電荷源である「琥珀」を意味するἤλεκτρον (ēlektron) に由来します。圧電材料には、結晶、セラミック、生体物質、骨、DNA、およびタンパク質が含まれます。

圧電性は、反転対称性を持つ結晶材料の機械的状態と電気的状態の間の線形電気機械的相互作用です。この効果は可逆的です。つまり、圧電性を示す材料は逆圧電効果も示します。これは、印加された電界に起因する機械的歪みの内部生成です。測定可能な圧電性を生成する材料の例には、ジルコン酸チタン酸鉛結晶が含まれます。これは、元の寸法に変形するか、逆に、外部電界が印加されると静的寸法を変化させることができます。これは逆圧電効果として知られており、超音波の生成に使用されます。

フランスの物理学者ジャックとピエールキュリーは、1880 年に圧電性を発見しました。圧電効果は、音の生成と検出、圧電インクジェット印刷、高電圧電気の生成、クロックジェネレータ、および微量天秤として、超音波ノズルを駆動し、超微焦点光学アセンブリを駆動します。また、原子スケールで画像を解像するために使用される走査型プローブ顕微鏡の基礎も形成します。ピエゾエレクトリックピックアップは、電子的に増幅されたギターや現代の電子ドラムのトリガーにも使用されています.

圧電性は、火花を発生させて調理器具や暖房器具、松明やシガレットライターのガスに点火するなど、日常的に使用されています。温度変化に応じて電位が発生する焦電効果は、18 世紀半ばにカールリンネとフランツエピヌスによって研究され、ルネアユとアントワーヌセザールベクレルの知識を利用して、ストレスと電荷。この理論を証明するための実験は決定的なものではありませんでした。

スコットランドのハンター博物館にあるキュリー補償器のピエゾ結晶の表示は、直接圧電効果のデモンストレーションです。ピエールキュリー兄弟とジャックキュリー兄弟は、パイロ電気に関する知識と基礎となる結晶構造の理解を組み合わせて、パイロ電気の予測を生み出しました。彼らは結晶の挙動を予測することができ、トルマリン、石英、トパーズ、サトウキビ、ロシェル塩などの結晶で効果を実証しました。酒石酸カリウムナトリウム四水和物や石英も圧電性を示した。圧電ディスクは変形すると電圧を発生します。キュリーのデモンストレーションでは、形状の変化が大幅に誇張されています。

また、逆圧電効果を予測し、その背後にある基本的な熱力学的原理を数学的に推測することもできました。ガブリエルリップマンは 1881 年にこれを行いました。キュリー夫妻はすぐに逆効果の存在を確認し、圧電結晶の電気弾性機械的変形が完全に可逆的であることの定量的証拠を得ました。

ソナーでの圧電デバイスの実用化は、第一次世界大戦中に開発されました。フランスでは、ポール・ランジュバンと彼の同僚が超音波潜水艦検出器を開発しました。この検出器は、ハイドロフォンと呼ばれる鋼板に慎重に接着された薄い水晶で作られたトランスデューサで構成され、高周波パルスを放出した後に返されたエコーを検出しました。物体に跳ね返る音波の反響を聞くのにかかる時間を測定することで、物体までの距離を計算することができました。ソナーでの圧電性のこの使用は成功し、プロジェクトは数十年にわたって圧電デバイスへの激しい開発と関心を生み出しました。

セラミック

圧電材料は、加えられた機械的応力に応じて電荷を蓄積する固体です。圧電性は、ギリシア語で「絞る」または「押す」を意味するπιέζειν (piezein) と、古代の電荷源である「琥珀」を意味するἤλεκτρον (ēlektron) に由来します。圧電材料は、音の生成と検出、圧電インクジェット印刷、高電圧発電など、さまざまな用途に使用されています。

圧電材料は、結晶、セラミック、生体物質、骨、DNA、およびタンパク質に見られます。セラミックスは、日常のアプリケーションで使用される最も一般的な圧電材料です。セラミックスは、チタン酸ジルコン酸鉛 (PZT) などの金属酸化物の組み合わせから作られ、高温に加熱して固体を形成します。セラミックスは耐久性が高く、極端な温度や圧力に耐えることができます。

圧電セラミックスには、次のようなさまざまな用途があります。

• たいまつやシガレットライターなどの調理器具や加熱器具用のガスに点火するための火花を生成する。
• 医用画像用の超音波の生成。
• クロックジェネレーターや電子機器用の高電圧電気の生成。
• 精密計量に使用する微量天びんの生成。
• 光学アセンブリの超微細集束用の超音波ノズルの駆動。
• 原子スケールで像を解像できる走査型プローブ顕微鏡の基礎を形成。
• 電子的に増幅されたギターのピックアップと最新の電子ドラムのトリガー。

圧電セラミックスは、家電製品から医療用画像処理まで、幅広い用途で使用されています。耐久性が高く、極端な温度や圧力に耐えることができるため、さまざまな産業での使用に最適です。

生体物質

圧電性とは、加えられた機械的応力に応答して電荷を蓄積する特定の材料の能力です。これは、ギリシア語の「圧搾または押す」を意味する「piezein」と、古代の電荷源である「琥珀」を意味する「ēlektron」に由来します。

圧電性を示す材料には、骨、DNA、タンパク質などの生体物質があります。この効果は可逆的です。つまり、圧電性を示す材料は逆圧電効果も示すことを意味します。これは、印加された電界に起因する機械的歪みの内部生成です。これらの材料の例としては、ジルコン酸チタン酸鉛結晶があり、静的構造が元の寸法から変形したときに測定可能な圧電性を生成します。逆に、外部電場が印加されると、結晶の静的寸法が変化し、逆圧電効果によって超音波が生成されます。

圧電性の発見は、1880 年にフランスの物理学者ジャックとピエールキュリーによって行われました。それ以来、次のようなさまざまな有用なアプリケーションに利用されています。

• 音の生成と検出
•圧電インクジェット印刷
• 高電圧発電
•クロックジェネレータ
• 電子デバイス
•微量天秤
• 超音波ノズルの駆動
• 超微細焦点光学アセンブリ
• 走査型プローブ顕微鏡の基礎を形成
• 原子のスケールで画像を解像
• 電子増幅ギターのピックアップ
• 最新の電子ドラムのトリガー

圧電は、ガス調理器具や暖房器具、懐中電灯、シガレットライターなどの日用品にも使用されています。温度変化に応じて電位が生成される焦電効果は、18 世紀半ばにカールリンネとフランツアエピヌスによって研究されました。ルネ・アユイとアントワーヌ・セザール・ベクレルの知識を利用して、彼らは機械的応力と電荷の関係を仮定しましたが、彼らの実験は決定的なものではありませんでした.

スコットランドのハンテリアン博物館のキュリー補償器にある圧電結晶の表示は、直接圧電効果のデモンストレーションです。ピエール兄弟とジャック・キュリー兄弟は、焦電性の知識と基礎となる結晶構造の理解を組み合わせて、焦電性の予測と結晶挙動の予測を行いました。これは、トルマリン、クォーツ、トパーズ、サトウキビ、ロッシェル塩などの結晶の効果によって実証されました。酒石酸ナトリウムと酒石酸カリウムの四水和物と石英も圧電性を示し、圧電ディスクを使用して変形時に電圧を発生させました。この効果は、逆圧電効果を予測するためにキュリーによって非常に誇張されました。逆効果は、1881 年に Gabriel Lippmann によって基本的な熱力学原理から数学的に推定されました。

キュリー夫妻はすぐに逆効果の存在を確認し、圧電結晶の電気弾性機械的変形が完全に可逆的であることの定量的証拠を得ました。何十年もの間、ピエールとマリー・キュリーによるポロニウムとラジウムの発見において重要なツールになるまで、圧電性は実験室の好奇心のままでした。圧電性を示す結晶構造を調査および定義する彼らの研究は、Woldemar Voigt の「Lehrbuch der Kristallphysik」(結晶物理学の教科書) の出版で最高潮に達しました。

骨

圧電性とは、加えられた機械的応力に応答して電荷を蓄積する特定の材料の能力です。骨は、この現象を示す材料の XNUMX つです。

骨は、コラーゲン、カルシウム、リンなどのタンパク質とミネラルで構成される生体物質の一種です。生体物質の中で最も圧電性が高く、機械的ストレスを受けると電圧を発生させることができます。

骨の圧電効果は、そのユニークな構造の結果です。それは、ミネラルのマトリックスに埋め込まれたコラーゲン繊維のネットワークで構成されています. 骨が機械的ストレスを受けると、コラーゲン繊維が動き、ミネラルが分極して電荷を発生させます。

骨の圧電効果には、多くの実用的なアプリケーションがあります。超音波やX線などの医用画像で、骨折やその他の異常を検出するために使用されます。また、圧電効果を利用して音波を電気信号に変換し、内耳に直接送る骨伝導補聴器にも使用されています。

骨の圧電効果は、人工関節や義肢などの整形外科用インプラントにも使用されています。インプラントは、圧電効果を使用して機械エネルギーを電気エネルギーに変換し、それを使用してデバイスに電力を供給します。

さらに、骨の圧電効果は、新しい医療の開発に使用するために調査されています。たとえば、研究者は圧電性を利用して骨の成長を刺激し、損傷した組織を修復する方法を研究しています。

全体として、骨の圧電効果は、幅広い実用的なアプリケーションを持つ魅力的な現象です。さまざまな医療および技術用途で使用されており、新しい治療法の開発での使用が検討されています。

DNA

圧電性とは、加えられた機械的応力に応答して電荷を蓄積する特定の材料の能力です。 DNA は、この効果を示す材料の XNUMX つです。 DNA は、すべての生物に見られる生物学的分子であり、アデニン (A)、グアニン (G)、シトシン (C)、およびチミン (T) の XNUMX つのヌクレオチド塩基で構成されています。

DNA は、機械的ストレスを受けると電荷を生成するために使用できる複雑な分子です。これは、DNA 分子が水素結合によって一緒に保持されている XNUMX 本のヌクレオチド鎖で構成されているという事実によるものです。これらの結合が切れると、電荷が発生します。

DNA の圧電効果は、次のようなさまざまなアプリケーションで使用されています。

• 医療用インプラント用の発電
• 細胞内の機械的力の検出と測定
• ナノスケールセンサーの開発
• DNAシーケンシング用のバイオセンサーの作成
• イメージング用の超音波の生成

DNA の圧電効果は、ナノワイヤやナノチューブなどの新しい材料の開発に使用できる可能性についても調査されています。これらの材料は、エネルギー貯蔵やセンシングなど、さまざまな用途に使用できます。

DNA の圧電効果は広く研究されており、機械的ストレスに非常に敏感であることがわかっています。これは、新しい材料や技術を開発しようとしている研究者やエンジニアにとって貴重なツールです。

結論として、DNA は、加えられた機械的応力に応答して電荷を蓄積する能力である圧電効果を示す材料です。この効果は、医療用インプラント、ナノスケールセンサー、DNA シーケンスなど、さまざまなアプリケーションで使用されています。また、ナノワイヤやナノチューブなどの新しい材料の開発における潜在的な使用についても調査されています。

タンパク質

圧電性とは、加えられた機械的応力に応答して電荷を蓄積する特定の材料の能力です。タンパク質、結晶、セラミック、骨や DNA などの生体物質などの圧電材料は、この効果を発揮します。特にタンパク質は、変形して電荷を生成できるアミノ酸の複雑な構造で構成されているため、ユニークな圧電材料です。

タンパク質は最も豊富な種類の圧電材料であり、さまざまな形で見られます。それらは、酵素、ホルモン、抗体の形で見られるだけでなく、コラーゲンやケラチンなどの構造タンパク質の形でも見られます. タンパク質は、筋肉の収縮と弛緩に関与する筋肉タンパク質の形でも見られます.

タンパク質の圧電効果は、それらがアミノ酸の複雑な構造で構成されているという事実によるものです。これらのアミノ酸が変形すると、電荷が発生します。この電荷は、センサーやアクチュエーターなどのさまざまなデバイスに電力を供給するために使用できます。

タンパク質は、さまざまな医療用途にも使用されています。たとえば、体内の特定のタンパク質の存在を検出するために使用され、病気の診断に使用できます。また、感染症の診断に使用できる特定の細菌やウイルスの存在を検出するためにも使用されます。

タンパク質は、さまざまな産業用途にも使用されています。たとえば、さまざまな産業プロセス用のセンサーやアクチュエーターを作成するために使用されます。また、航空機やその他の車両の製造に使用できる材料の作成にも使用されます。

結論として、タンパク質はさまざまな用途に使用できるユニークな圧電材料です。それらは、変形して電荷を生成できるアミノ酸の複雑な構造で構成されており、さまざまな医療および産業用途に使用されています。

圧電によるエネルギーハーベスティング

このセクションでは、圧電性を利用してエネルギーを収集する方法について説明します。圧電インクジェット印刷からクロックジェネレーターやマイクロバランスまで、圧電性のさまざまなアプリケーションを見ていきます。また、ピエール・キュリーによる発見から第二次世界大戦での使用まで、圧電性の歴史を探ります。最後に、圧電産業の現状とさらなる成長の可能性についてお話しします。

圧電インクジェット印刷

圧電性とは、加えられた機械的応力に応答して電荷を生成する特定の材料の能力です。「ピエゾ電気」という言葉は、ギリシア語の「piezein」（絞るまたは押す）と「elektron」（琥珀）という古代の電荷源に由来します。結晶、セラミック、骨や DNA などの生体物質などの圧電材料は、さまざまな用途に使用されています。

圧電性は、クロック発生器として、電子デバイスや微量天秤で高電圧電気を生成するために使用されます。また、超音波ノズルや超微細集光光学アセンブリの駆動にも使用されます。圧電インクジェット印刷は、この技術の一般的なアプリケーションです。これは、圧電結晶を使用して高周波振動を生成するタイプの印刷で、ページにインクの液滴を噴射するために使用されます。

圧電性の発見は、フランスの物理学者ジャックとピエールキュリーが効果を発見した 1880 年にさかのぼります。それ以来、圧電効果はさまざまな有用なアプリケーションに利用されてきました。圧電性は、ガス調理や加熱装置、トーチ、シガレットライター、電子的に増幅されたギターのピックアップ、現代の電子ドラムのトリガーなど、日用品に使用されています。

圧電性は科学研究でも使用されています。これは、原子のスケールで画像を解決するために使用される走査型プローブ顕微鏡の基礎です。また、超音波パルスを材料に送信し、反射を測定して不連続性を検出し、鋳造金属や石のオブジェクト内の欠陥を見つける、超音波時間領域反射率計でも使用されます。

圧電デバイスと材料の開発は、より優れた性能とより簡単な製造プロセスの必要性によって推進されてきました。米国では、商用利用のための水晶振動子の開発が、圧電産業の成長の主要な要因となっています。対照的に、日本のメーカーは迅速に情報を共有し、新しいアプリケーションを開発することができ、日本市場の急速な成長につながっています.

圧電性は、ライターなどの日用品から高度な科学研究まで、エネルギーの使用方法に革命をもたらしました。これは、新しい材料やアプリケーションの探索と開発を可能にした汎用性の高い技術であり、今後何年にもわたって私たちの生活の重要な部分であり続けるでしょう.

高電圧発電

圧電性とは、加えられた機械的応力に応答して電荷を蓄積する特定の固体材料の能力です。「圧電性」という言葉は、ギリシア語で「絞る」または「押す」を意味する「piezein」と、古代の電荷源である「琥珀」を意味する「エレクトロン」に由来します。圧電性は、反転対称性を持つ結晶材料の機械的状態と電気的状態の間の線形電気機械的相互作用です。

圧電効果は可逆的なプロセスです。圧電性を示す材料は逆圧電効果も示します。これは、印加された電場に起因する機械的歪みの内部生成です。例えば、チタン酸ジルコン酸鉛結晶は、その静的構造が元の寸法から変形すると、測定可能な圧電性を生成します。逆に、結晶は、外部電場が印加されると静的寸法を変化させることができます。これは、超音波の生成に使用される逆圧電効果として知られる現象です。

圧電効果は、高電圧の発電など、さまざまな用途に使用されています。圧電材料は、音の生成と検出、圧電インクジェット印刷、クロック発生器、電子デバイス、微量天秤、駆動超音波ノズル、および超微細集光光学アセンブリに使用されます。

圧電性は、火花を生成して調理器具や加熱器具、トーチ、シガレットライター、温度変化に応じて電位を生成する焦電効果材料などでガスに点火するなど、日常の用途にも使用されます。この効果は、18 世紀半ばにカールリンネとフランツエピヌスによって研究され、ルネアユイとアントワーヌセザールベクレルの知識を利用して、機械的応力と電荷の関係を仮定しましたが、彼らの実験は決定的ではないことが証明されました。

焦電性の知識と基礎となる結晶構造の理解を組み合わせることで、焦電性の予測と結晶の挙動を予測する能力が生まれました。これは、トルマリン、クォーツ、トパーズ、サトウキビ、ロッシェル塩などの結晶の効果によって実証されました。酒石酸カリウムナトリウム四水和物や石英も圧電性を示し、圧電ディスクを変形させると電圧が発生するように使用されました。これは、キュリーの直接圧電効果の実証で非常に誇張されていました。

ピエールとジャックのキュリー兄弟は、圧電結晶の電気弾性機械的変形が完全に可逆的であることを定量的に証明しました。何十年もの間、圧電性は実験室の好奇心のままでしたが、ピエールとマリー・キュリーによるポロニウムとラジウムの発見において重要なツールでした。圧電性を示す結晶構造を調査および定義する彼らの研究は、Woldemar Voigt の Lehrbuch der Kristallphysik (結晶物理学の教科書) の出版で最高潮に達し、圧電性が可能な天然の結晶クラスを記述し、テンソル解析を使用して圧電定数を厳密に定義しました。

圧電デバイスの実用化は、第一次世界大戦中のソナーの開発から始まりました。フランスでは、ポール・ランジュバンと彼の同僚が超音波潜水艦検出器を開発しました。検出器は、鋼板に慎重に接着された薄い水晶で作られた変換器と、返されたエコーを検出するハイドロフォンで構成されていました。トランスデューサから高周波パルスを放射し、物体から跳ね返る音波のエコーを聞くのにかかる時間を測定することで、物体までの距離を計算することができました。彼らは圧電性を利用してソナーを成功させました。このプロジェクトは、その後数十年にわたって圧電デバイスへの激しい発展と関心を生み出しました。

新しい圧電材料とこれらの材料の新しいアプリケーションが調査され、開発されました。圧電デバイスは、セラミック蓄音機カートリッジなど、さまざまな分野で利用されました。これにより、プレーヤーの設計が簡素化され、より安価で正確なレコードプレーヤーが製造され、保守が安価になり、製造が容易になりました。超音波トランスデューサーの開発により、流体や固体の粘性と弾性を簡単に測定できるようになり、材料研究が大きく進歩しました。超音波時間領域反射率計は、材料に超音波パルスを送信し、反射と不連続性を測定して、鋳造金属や石材の内部の欠陥を検出し、構造上の安全性を向上させます。

第二次世界大戦中、米国、ロシア、日本の独立した研究グループが、fer と呼ばれる新しいクラスの合成物質を発見しました。

クロックジェネレータ

圧電性とは、加えられた機械的応力に応答して電荷を蓄積する特定の材料の能力です。この現象は、クロックジェネレーターを含む多くの有用なアプリケーションを作成するために使用されています。クロックジェネレーターは、圧電性を利用して正確なタイミングで電気信号を生成するデバイスです。

クロックジェネレータは、コンピュータ、電気通信、自動車システムなど、さまざまなアプリケーションで使用されています。また、電気信号の正確なタイミングを確保するために、ペースメーカーなどの医療機器にも使用されています。クロックジェネレータは、正確なタイミングが不可欠な産業オートメーションやロボット工学でも使用されます。

圧電効果は、反転対称性を持つ結晶材料の機械的状態と電気的状態の間の線形電気機械相互作用に基づいています。この効果は可逆的です。つまり、圧電性を示す材料は、電界が印加されると機械的歪みも発生する可能性があります。これは逆圧電効果として知られており、超音波の生成に使用されます。

クロックジェネレーターは、この逆圧電効果を利用して、正確なタイミングで電気信号を生成します。圧電材料は電場によって変形し、特定の周波数で振動します。この振動は電気信号に変換され、正確なタイミング信号を生成するために使用されます。

クロックジェネレータは、医療機器から産業用オートメーションまで、さまざまなアプリケーションで使用されています。信頼性が高く、正確で、使いやすいため、多くのアプリケーションで一般的な選択肢となっています。圧電性は現代の技術の重要な部分であり、クロックジェネレータはこの現象の多くのアプリケーションの XNUMX つにすぎません。

電子デバイス

圧電性とは、加えられた機械的応力に応答して電荷を蓄積する特定の固体材料の能力です。圧電効果として知られるこの現象は、電子的に増幅されたギターのピックアップから最新の電子ドラムのトリガーまで、さまざまな電子機器で使用されています。

圧電性は、ギリシア語で「絞る」または「押す」を意味するπιέζειν (piezein) と、古代の電荷源である「琥珀」を意味するἤλεκτρον (ēlektron) に由来します。圧電材料は、圧電効果を示す結晶、セラミック、および骨や DNA タンパク質などの生体物質です。

圧電効果は、反転対称性を持つ結晶材料の機械的状態と電気的状態の間の線形電気機械的相互作用です。これは可逆的なプロセスであり、圧電効果を示す材料が逆圧電効果も示すことを意味します。これは、印加された電場に起因する機械的歪みの内部生成です。例えば、チタン酸ジルコン酸鉛結晶は、その静的構造が元の寸法から変形すると、測定可能な圧電性を生成します。逆に、結晶は、外部電場が印加されると静的寸法を変化させることができます。これは、超音波の生成に使用される逆圧電効果として知られる現象です。

圧電性の発見は、1880 年に直接圧電効果を実証したフランスの物理学者ピエールキュリーとジャックキュリーの功績によるものです。彼らの焦電性に関する知識と、基礎となる結晶構造の理解を組み合わせることで、焦電効果の予測と、トルマリン、クォーツ、トパーズ、サトウキビ、ロシェル塩などの結晶の効果で結晶挙動が実証されました。

圧電性は、火花を発生させて調理器具や加熱器具、トーチ、シガレットライター、温度変化に応じて電位を生成する焦電効果材料でガスに点火するなど、日常のさまざまな用途に使用されています。これは、18 世紀半ばにカールリンネとフランツエピヌスによって研究され、ルネアユイとアントワーヌセザールベクレルの知識を利用して、機械的応力と電荷の関係を仮定しました。しかし、スコットランドのキュリー補償器博物館にある圧電結晶がキュリー兄弟による直接的な圧電効果を示すまで、実験は決定的なものではありませんでした。

圧電性は、電子的に増幅されたギターのピックアップから最新の電子ドラムのトリガーまで、さまざまな電子デバイスで使用されています。また、音の生成と検出、圧電インクジェット印刷、高電圧発電、クロック発生器、微量天秤、超音波ノズルの駆動、超微細集光光学アセンブリにも使用されます。圧電性は、原子のスケールで画像を解像するために使用される走査型プローブ顕微鏡の基礎でもあります。

微量天秤

圧電性とは、加えられた機械的応力に応答して電荷を蓄積する特定の固体材料の能力です。圧電性は、ギリシア語で「絞る」または「押す」を意味するπιέζειν (piezein) と、古代の電荷源である「琥珀」を意味するἤλεκτρον (ēlektron) に由来します。

圧電性は、火花を発生させて調理や加熱装置、トーチ、シガレットライターなどのガスに点火するなど、日常のさまざまな用途に使用されています。また、音の生成と検出、および圧電インクジェット印刷にも使用されます。

圧電は高電圧の電気を発生させるためにも使用され、クロック発生器やマイクロ天びんなどの電子デバイスの基礎となっています。圧電性は、超音波ノズルや超微細集光光学アセンブリの駆動にも使用されます。

圧電性の発見は、1880 年にフランスの物理学者 Jacques と Pierre Curie によって行われました。キュリー兄弟は、焦電性の知識とその基礎となる結晶構造の理解を組み合わせて、圧電性の概念を生み出しました。彼らは結晶の挙動を予測することができ、トルマリン、石英、トパーズ、サトウキビ、ロシェル塩などの結晶で効果を実証しました。

圧電効果は、音の生成や検出などの有用なアプリケーションに利用されました。第一次世界大戦中のソナーの開発は、圧電性の使用における大きなブレークスルーでした。第二次世界大戦後、米国、ロシア、日本の独立した研究グループは、強誘電体と呼ばれる新しいクラスの合成材料を発見しました。この材料は、天然材料よりも最大 XNUMX 倍高い圧電定数を示しました。

これにより、チタン酸バリウムおよび後にチタン酸ジルコン酸鉛材料の集中的な研究開発が行われました。これらの材料は、特定の用途に固有の特性を備えていました。圧電結晶の使用の重要な例は、第二次世界大戦後にベル電話研究所で開発されました。

無線電話技術部門で働く Frederick R. Lack は、幅広い温度範囲で動作するカットクリスタルを開発しました。 Lack のクリスタルは、以前のクリスタルのような重い付属品を必要とせず、航空機での使用を容易にしました。この開発により、連合軍の空軍は航空無線を使用して組織的な大規模攻撃に従事することができました。

米国での圧電デバイスと材料の開発により、いくつかの企業がビジネスを維持し、水晶振動子の開発は商業的に利用されました。それ以来、圧電材料は、医療画像処理、超音波洗浄など、さまざまな用途で使用されてきました。

超音波ノズルの駆動

圧電性とは、結晶、セラミック、骨や DNA などの生体物質などの特定の固体材料に蓄積される電荷です。これは、加えられた機械的応力に対する反応であり、ギリシャ語の「圧搾」または「押す」を意味する「piezein」と、古代の電荷源である「琥珀」を意味する「elektron」に由来します。

圧電効果は、反転対称性を持つ結晶材料の機械的状態と電気的状態の間の線形電気機械的相互作用です。これは可逆的なプロセスであり、圧電効果を示す材料は逆圧電効果も示すことを意味します。これは、印加された電場に起因する機械的歪みの内部生成です。この例は、ジルコン酸チタン酸鉛結晶で、静的構造が元の寸法から変形すると、測定可能な圧電性を生成します。逆に、外部電場が印加されると、結晶の静的寸法が変化し、超音波の生成である逆圧電効果が生じます。

フランスの物理学者ジャックとピエールキュリーは 1880 年に圧電性を発見し、それ以来、音の生成と検出を含むさまざまな有用なアプリケーションに利用されてきました。圧電性は、火花を発生させて調理器具や加熱器具、トーチ、シガレットライターなどのガスに点火するなど、日常的な用途にも利用されています。

温度変化に反応して電位を生成する材料である焦電効果は、カール・リンネ、フランツ・アエピヌス、および機械的応力と電荷。これを証明するための実験は決定的ではありませんでした。

スコットランドのハンテリアン博物館のキュリー補償装置にあるピエゾクリスタルの図は、ピエールキュリー兄弟とジャックキュリー兄弟による直接的な圧電効果のデモンストレーションです。彼らの焦電性に関する知識と基礎となる結晶構造の理解を組み合わせることで、焦電性の予測が生まれ、結晶挙動の予測が可能になりました。これは、トルマリン、クォーツ、トパーズ、サトウキビ、ロッシェル塩などの結晶の効果で実証されました。酒石酸ナトリウムと酒石酸カリウムの四水和物と石英も圧電性を示し、圧電ディスクを使用して変形時に電圧を発生させました。これは、1881 年に Gabriel Lippmann によって基本的な熱力学原理から数学的に推定された逆圧電効果を予測するためにキュリーによって非常に誇張されました。

キュリー夫妻はすぐに逆効果の存在を確認し、圧電結晶の電気弾性機械的変形が完全に可逆的であることの定量的証拠を得ました。何十年もの間、圧電性は実験室の好奇心のままでしたが、ピエールとマリー・キュリーが圧電性を示す結晶構造を調査および定義する作業でポロニウムとラジウムを発見する際の重要なツールでした。これは、Woldemar Voigt の Lehrbuch der Kristallphysik (結晶物理学の教科書) の出版で最高潮に達し、圧電性が可能な自然な結晶クラスを説明し、テンソル解析によって圧電定数を厳密に定義しました。

圧電デバイスの実用化は、第一次世界大戦中に開発されたソナーから始まりました。フランスでは、ポール・ランジュバンと彼の同僚が超音波潜水艦検出器を開発しました。検出器は、ハイドロフォンと呼ばれる鋼板に慎重に接着された薄い水晶で作られたトランスデューサで構成され、高周波パルスを放出した後に返されたエコーを検出しました。物体に跳ね返る音波の反響を聞くのにかかる時間を測定することで、物体までの距離を計算できます。このソナーでの圧電性の使用は成功し、プロジェクトは何十年にもわたって圧電デバイスへの激しい開発と関心を生み出しました。

新しい圧電材料とこれらの材料の新しいアプリケーションが調査および開発され、圧電デバイスはセラミックフォノグラフカートリッジなどの分野で使用されるようになりました。これにより、プレーヤーの設計が簡素化され、より安価で正確なレコードプレーヤーが作られました。 . 超音波トランスデューサーの開発により、流体や固体の粘性と弾性を簡単に測定できるようになり、材料研究が大きく進歩しました。超音波時間領域反射率計は、材料に超音波パルスを送信し、反射と不連続性を測定して、鋳造金属や石の物体の内部の欠陥を見つけます。

超微細集光光学アセンブリ

圧電性とは、特定の材料が機械的ストレスを受けたときに電荷を蓄積する能力です。これは、反転対称性を持つ結晶材料の電気的状態と機械的状態の間の線形電気機械的相互作用です。圧電性は可逆的なプロセスです。つまり、圧電性を示す材料は逆圧電効果も示します。これは、印加された電場から生じる機械的歪みの内部生成です。

圧電性は、音の生成と検出、高電圧電気の生成など、さまざまな用途に使用されています。圧電性は、インクジェット印刷、クロック発生器、電子デバイス、微量天秤、超音波ノズルの駆動、超微細集束光学アセンブリにも使用されています。

圧電性は、1880 年にフランスの物理学者ジャックとピエールキュリーによって発見されました。圧電効果は、音の生成と検出、高電圧電気の生成などの有用なアプリケーションで利用されます。圧電インクジェット印刷も使用されており、クロック発生器、電子デバイス、微量天秤、超音波ノズルの駆動、および超微細集光光学アセンブリも使用されています。

圧電性は、火花を発生させてガスに点火し、調理器具や加熱器具、トーチ、シガレットライター、温度変化に応じて電位を生成する焦電効果材料など、日常的な用途に利用されています。この効果は、18 世紀半ばにカールリンネとフランツエピヌスによって研究され、機械的応力と電荷の関係を仮定したルネアユイとアントワーヌセザールベクレルの知識を利用しました。実験は決定的ではないことが判明しました。

スコットランドのハンテリアン博物館のキュリー補償装置にあるピエゾクリスタルの図は、ピエールキュリー兄弟とジャックキュリー兄弟による直接的な圧電効果のデモンストレーションです。彼らの焦電性に関する知識と基礎となる結晶構造の理解を組み合わせることで、彼らは焦電性の予測と結晶挙動を予測する能力を生み出しました。これは、トルマリン、クォーツ、トパーズ、サトウキビ、ロシェル塩などの結晶の効果で実証されました。

酒石酸ナトリウムとカリウムの四水和物、水晶とロッシェル塩は圧電性を示し、形状の変化は非常に誇張されていましたが、圧電ディスクを使用して変形すると電圧が発生しました。キュリーは逆圧電効果を予測し、逆効果は 1881 年にガブリエルリップマンによって基本的な熱力学原理から数学的に推定されました。圧電結晶の弾性機械変形。

何十年もの間、ピエールとマリー・キュリーによるポロニウムとラジウムの発見において重要なツールになるまで、圧電性は実験室の好奇心のままでした。圧電性を示す結晶構造を調査および定義する彼らの研究は、Woldemar Voigt の Lehrbuch der Kristallphysik (Textbook of Crystal Physics) の出版で最高潮に達しました。これは、圧電性が可能な天然の結晶クラスを説明し、圧電デバイスの実用化のためにテンソル解析を使用して圧電定数を厳密に定義しました。

ソナーの開発は成功したプロジェクトであり、圧電デバイスへの集中的な開発と関心を生み出しました。数十年後、新しい圧電材料とこれらの材料の新しいアプリケーションが調査され、開発されました。圧電デバイスは、セラミックフォノグラフカートリッジなど、さまざまな分野で利用され、プレーヤーの設計が簡素化され、レコードプレーヤーがより安価になり、保守と製造が容易になりました。超音波トランスデューサの開発により、流体や固体の粘性と弾性を簡単に測定できるようになり、材料研究が大きく進歩しました。超音波時間領域反射率計は、材料に超音波パルスを送信し、反射と不連続性を測定して、鋳造金属や石材の内部の欠陥を検出し、構造上の安全性を向上させます。

圧電性への関心の分野の始まりは、圧電材料として商業的に利用された水晶から開発された新材料の有益な特許によって確保されました。科学者はより高性能な材料を探し求め、材料の進歩と製造プロセスの成熟にもかかわらず、米国市場は急速に成長しませんでした. 対照的に、日本のメーカーは迅速に情報を共有し、米国の圧電産業の成長のための新しいアプリケーションは、日本のメーカーとは対照的に苦しんでいました.

圧電モーター

このセクションでは、圧電性が現代の技術でどのように使用されているかについて説明します。原子のスケールで画像を解像できる走査型プローブ顕微鏡から、電子的に増幅されたギターのピックアップや最新の電子ドラムのトリガーに至るまで、圧電性は多くのデバイスの不可欠な部分になっています。圧電性の歴史と、それがさまざまな用途でどのように使用されてきたかを探ります。

走査型プローブ顕微鏡の基礎を形成

圧電性とは、結晶、セラミック、骨や DNA などの生体物質など、特定の固体材料に蓄積される電荷です。これは、加えられた機械的応力に対する応答であり、圧電性という言葉は、ギリシャ語で「絞る」または「押す」を意味するπιέζειν (piezein) と、古代の電荷源である「琥珀」を意味するἤλεκτρον (ēlektron) に由来します。

圧電モーターは、圧電効果を利用して運動を生成するデバイスです。この効果は、反転対称性を持つ結晶材料の機械的状態と電気的状態の間の線形電気機械相互作用です。これは可逆的なプロセスであり、圧電効果を示す材料が逆圧電効果も示すことを意味します。これは、印加された電場に起因する機械的歪みの内部生成です。測定可能な圧電性を生成する材料の例は、チタン酸ジルコン酸鉛結晶です。

圧電効果は、音の生成と検出、圧電インクジェット印刷、高電圧電気の生成、クロック発生器、微量天秤などの電子デバイス、超微細集光光学アセンブリ用の超音波ノズルの駆動などの有用なアプリケーションで利用されています。また、原子のスケールで画像を解像するために使用される走査型プローブ顕微鏡の基礎も形成します。

圧電性は、1880 年にフランスの物理学者ジャックとピエールキュリーによって発見されました。圧電結晶とキュリー補償器の図は、スコットランドのハンテリアン博物館で見ることができます。これは、ピエールとジャックのキュリー兄弟による直接圧電効果のデモンストレーションです。

彼らの焦電気に関する知識と基礎となる結晶構造の理解を組み合わせることで、焦電気の予測が生まれ、結晶の挙動を予測することが可能になりました。これは、トルマリン、クォーツ、トパーズ、サトウキビ、ロッシェル塩などの結晶の効果によって実証されました。酒石酸ナトリウムとカリウムの四水和物、水晶とロッシェル塩は圧電性を示し、変形すると電圧を発生させるために圧電ディスクが使用されましたが、これはキュリーによって非常に誇張されていました.

彼らは逆の圧電効果も予測し、これは 1881 年に Gabriel Lippmann によって基本的な熱力学原理から数学的に推定されました。キュリー夫妻はすぐに逆の効果の存在を確認し、電気弾性の完全な可逆性の定量的証拠を得ました。圧電結晶の機械的変形。

何十年もの間、ピエールとマリー・キュリーによるポロニウムとラジウムの発見において重要なツールになるまで、圧電性は実験室の好奇心のままでした。圧電性を示す結晶構造を調査および定義する彼らの研究は、Woldemar Voigt の Lehrbuch der Kristallphysik (結晶物理学の教科書) の出版で最高潮に達し、圧電性が可能な天然の結晶クラスを記述し、圧電定数とテンソル解析を厳密に定義しました。

これは、第一次世界大戦中に開発されたソナーなどの圧電デバイスの実用化につながりました。フランスでは、ポール・ランジュバンと彼の同僚が超音波潜水艦検出器を開発しました。この検出器は、鋼板に慎重に接着された薄い水晶で作られたトランスデューサと、トランスデューサから高周波パルスを放出した後に戻ってくるエコーを検出するハイドロフォンで構成されていました。物体に跳ね返る音波の反響を聞くのにかかる時間を測定することで、物体までの距離を計算することができました。彼らは圧電性を利用してこのソナーを成功させ、プロジェクトは数十年にわたって圧電デバイスへの激しい発展と関心を生み出しました。

新しい圧電材料とこれらの材料の新しいアプリケーションが調査および開発され、圧電デバイスはセラミック蓄音機カートリッジなどの多くの分野で使用されるようになりました。これにより、プレーヤーの設計が簡素化され、より安価で正確なレコードプレーヤーが作成され、保守がより安価で簡単になりました。構築する。超音波トランスデューサーの開発により、流体や固体の粘性と弾性を簡単に測定できるようになり、材料研究が大きく進歩しました。超音波時間領域反射率計は、材料に超音波パルスを送信し、反射と不連続性を測定して、鋳造金属や石材の内部の欠陥を検出し、構造上の安全性を向上させます。

第二次世界大戦中、アメリカの独立した研究グループ

原子のスケールで画像を解決

圧電性とは、結晶、セラミック、骨や DNA などの生体物質などの特定の固体材料に蓄積される電荷です。これは、加えられた機械的応力に対する反応であり、ギリシャ語の 'piezein' から派生したもので、圧迫または圧迫を意味します。圧電効果は、反転対称性を持つ結晶材料の機械的状態と電気的状態の間の線形電気機械的相互作用から生じます。

圧電性は可逆的なプロセスであり、圧電効果を示す材料は逆圧電効果も示します。これは、印加された電場に起因する機械的歪みの内部生成です。この例には、チタン酸ジルコン酸鉛結晶が含まれます。この結晶は、静的構造が元の寸法から変形すると、測定可能な圧電性を生成します。逆に、結晶は外部電場が印加されると静的寸法を変化させます。これは逆圧電効果として知られており、超音波の生成に使用されます。

フランスの物理学者ジャックとピエールキュリーは、1880 年に圧電性を発見しました。圧電効果は、音の生成と検出、圧電インクジェット印刷、高電圧電気の生成、クロックジェネレータ、およびマイクロバランスと駆動超音波ノズル。また、原子のスケールで画像を解像するために使用される走査型プローブ顕微鏡の基礎も形成します。

圧電性は、火花を発生させて調理器具や加熱器具、トーチ、シガレットライターなどのガスに点火するなど、日常の用途にも使用されています。温度変化に反応して電位を生成する材料である焦電効果は、18 世紀半ばにカールリンネとフランツエピヌスによって研究されました。ルネ・アユイとアントワーヌ・セザール・ベクレルの知識を利用して、彼らは機械的応力と電荷の関係を仮定しましたが、彼らの実験は決定的なものではありませんでした.

グラスゴーのハンテリアン博物館の訪問者は、ピエールキュリー兄弟とジャックキュリー兄弟による直接圧電効果のデモンストレーションであるピエゾクリスタルキュリー補償器を見ることができます。彼らは、焦電気に関する知識と基礎となる結晶構造の理解を組み合わせることで、焦電気の予測と結晶の挙動を予測する能力を生み出しました。これは、トルマリン、クォーツ、トパーズ、サトウキビ、ロッシェル塩などの結晶の効果によって実証されました。酒石酸ナトリウムと酒石酸カリウムの四水和物、水晶とロッシェル塩は圧電性を示し、圧電ディスクは変形すると電圧を発生しますが、形状の変化は非常に誇張されています。キュリー夫妻は逆圧電効果を予測することができ、逆効果は 1881 年に Gabriel Lippmann によって基本的な熱力学原理から数学的に推定されました。

ピックアップ電子増幅ギター

圧電モーターは、圧電効果を利用して電気エネルギーを機械エネルギーに変換する電気モーターです。圧電効果は、機械的ストレスを受けたときに特定の材料が電荷を生成する能力です。圧電モーターは、腕時計や時計などの小型デバイスから、ロボットや医療機器などの大型機械への電力供給まで、さまざまな用途で使用されています。

圧電モーターは、電子的に増幅されたギターのピックアップに使用されます。これらのピックアップは、ピエゾ効果を利用してギターの弦の振動を電気信号に変換します。この信号は増幅されてアンプに送られ、ギターのサウンドが生成されます。ピエゾピックアップは、現代の電子ドラムにも使用されており、ドラムヘッドの振動を検出して電気信号に変換するために使用されています。

圧電モーターは、圧電効果を利用して小さなプローブを表面上で動かす走査型プローブ顕微鏡にも使用されます。これにより、顕微鏡は原子のスケールで画像を解決できます。圧電モーターは、インクジェットプリンターでも使用され、印刷ヘッドをページ上で前後に動かすために使用されます。

圧電モーターは、医療機器、自動車部品、家庭用電化製品など、さまざまな用途で使用されています。また、精密部品の製造や複雑な部品の組み立てなどの産業用途にも使用されています。圧電効果は、超音波の生成にも使用されます。超音波は、医療画像処理や材料の欠陥の検出に使用されます。

全体として、圧電モーターは、小型デバイスへの電力供給から大型機械への電力供給まで、幅広い用途で使用されています。それらは、電子的に増幅されたギター、最新の電子ドラム、走査型プローブ顕微鏡、インクジェットプリンター、医療機器、自動車部品、家電製品のピックアップに使用されています。圧電効果は、超音波の生成や材料の欠陥の検出にも使用されます。

現代の電子ドラムをトリガー

圧電性とは、結晶、セラミック、骨や DNA などの生体物質などの特定の固体材料に蓄積される電荷です。これは、加えられた機械的応力に対するこれらの材料の応答です。圧電性という言葉は、ギリシア語の「圧搾または押す」を意味する「piezein」と、古代の電荷源である「琥珀」を意味する「elektron」に由来します。

圧電モーターは、圧電効果を利用して運動を生成するデバイスです。この効果は、反転対称性を持つ結晶性材料の機械的状態と電気的状態の間の線形電気機械的相互作用に起因します。これは可逆的なプロセスであり、圧電効果を示す材料は逆圧電効果も示すことを意味します。これは、印加された電場に起因する機械的歪みの内部生成です。この例は、ジルコン酸チタン酸鉛結晶で、静的構造が元の寸法から変形すると、測定可能な圧電性を生成します。逆に、外部電場が適用されると、結晶は静的な寸法を変化させ、超音波を生成します。

圧電モーターは、次のような日常のさまざまな用途に使用されています。

• 火花を発生させて、調理器具や暖房器具のガスに点火する
• 懐中電灯、シガレットライター、焦電効果材料
• 温度変化に応じて電位を生成
• 音の生成と検出
•圧電インクジェット印刷
• 高電圧発電
• クロックジェネレーターと電子機器
•微量天秤
• 超音波ノズルと超微細焦点光学アセンブリを駆動
• 走査型プローブ顕微鏡の基礎を形成
• 原子のスケールで画像を解像
• 電子的に増幅されたギターのピックアップ
• 最新の電子ドラムをトリガーします。

圧電トランスデューサの電気機械モデリング

このセクションでは、圧電トランスデューサの電気機械モデリングについて説明します。圧電性の発見の歴史、その存在を証明した実験、圧電デバイスと材料の開発について見ていきます。また、フランスの物理学者ピエールとジャック・キュリー、カール・リンネとフランツ・エピヌス、ルネ・アウイとアントワーヌ・セザール・ベクレル、ガブリエル・リップマン、ウォルデマール・フォークトの貢献についても議論します。

フランスの物理学者ピエールとジャック・キュリー

圧電性は、結晶、セラミック、骨や DNA などの生体物質などの特定の固体材料に電荷が蓄積する電気機械現象です。この電荷は、加えられた機械的ストレスに応じて生成されます。「圧電性」という言葉は、ギリシア語の「圧搾または押す」を意味する「piezein」と、古代の電荷源である「琥珀」を意味する「elektron」に由来します。

圧電効果は、反転対称性を持つ材料の機械的状態と電気的状態の間の線形電気機械的相互作用から生じます。この効果は可逆的です。つまり、圧電効果を示す材料は逆圧電効果も示すことを意味し、印加された電場に応答して機械的歪みの内部生成が生成されます。例えば、チタン酸ジルコン酸鉛結晶は、その静的構造が元の寸法から変形すると、測定可能な圧電性を生成します。逆に、外部電場が印加されると、結晶の静的寸法が変化し、逆圧電効果として知られるプロセスで超音波が生成されます。

1880 年、フランスの物理学者ピエールとジャックキュリーが圧電効果を発見し、それ以来、音の生成と検出、圧電インクジェット印刷、高電圧電気の生成、クロック発生器、電子回路など、さまざまな有用なアプリケーションに利用されてきました。マイクロバランスなどのデバイスと、超微細集束光学アセンブリ用の超音波ノズルを駆動します。また、原子スケールで画像を解像できる走査型プローブ顕微鏡の基礎にもなります。圧電性は、電子的に増幅されたギターのピックアップや、最新の電子ドラムのトリガーにも使用されています。

圧電性は、火花を発生させて調理器具や加熱器具、トーチ、シガレットライターなどのガスに点火するなど、日常的な用途にも利用されています。材料が温度変化に反応して電位を生成する焦電効果は、18 世紀半ばにカールリンネとフランツエピヌスによって研究され、ルネオイとアントワーヌセザールベクレルの知識を利用して、彼らの実験は決定的ではないことが証明されましたが、機械的ストレスと電荷。

キュリー夫妻は、焦電性の知識と基礎となる結晶構造の理解を組み合わせることで、焦電性の予測を可能にし、結晶の挙動を予測することができました。これは、トルマリン、クォーツ、トパーズ、サトウキビ、ロシェル塩などの結晶の効果で実証されました。酒石酸カリウムナトリウム四水和物や石英も圧電性を示した。圧電ディスクは変形すると電圧を発生しますが、これはキュリーのデモでは非常に誇張されています。彼らは逆圧電効果を予測し、1881 年に Gabriel Lippmann によって基本的な熱力学原理から数学的に推測することもできました。

キュリー夫妻はすぐに逆効果の存在を確認し、圧電結晶の電気弾性機械的変形が完全に可逆的であることの定量的証拠を得ました。その後の数十年間、ピエールとマリー・キュリーによるポロニウムとラジウムの発見において重要なツールになるまで、圧電性は実験室の好奇心のままでした。圧電性を示す結晶構造を調査および定義する彼らの研究は、Woldemar Voigt の「Lehrbuch der Kristallphysik」(結晶物理学の教科書) の出版で最高潮に達しました。

実験は決定的ではないことが証明されました

圧電性は、結晶、セラミック、骨や DNA などの生体物質などの特定の固体材料に電荷が蓄積する電気機械現象です。これは、加えられた機械的応力に対する反応であり、「圧電性」という言葉は、ギリシア語の「圧搾または押す」を意味する「piezein」と、古代の電荷源である「琥珀」を意味する「ēlektron」に由来します。

圧電効果は、反転対称性を持つ結晶材料の機械的状態と電気的状態の間の線形電気機械的相互作用から生じます。これは可逆的なプロセスです。圧電効果を示す材料は逆圧電効果も示します。これは、印加された電場に起因する機械的歪みの内部生成です。例えば、チタン酸ジルコン酸鉛結晶は、その静的構造が元の寸法から変形すると、測定可能な圧電性を生成します。逆に、結晶は、超音波の生成に使用される逆圧電効果として知られる、外部電場が適用されると静的寸法を変化させることができます。

フランスの物理学者ピエールキュリーとジャックキュリーは、1880 年に圧電性を発見しました。それ以来、音の発生と検出、圧電インクジェット印刷、高電圧電気の生成、時計発生器、微量天秤などの電子デバイスなど、さまざまな有用な用途に活用されてきました。、駆動超音波ノズル、および超微細焦点光学アセンブリ。また、原子スケールで像を解像できる走査型プローブ顕微鏡の基礎にもなっています。圧電性は、電子的に増幅されたギターのピックアップや、最新の電子ドラムのトリガーにも使用されています。

圧電性は、火花を発生させて、調理器具や加熱器具、懐中電灯、シガレットライターなどのガスに点火するなど、日常的に使用されています。材料が温度変化に反応して電位を生成する焦電効果は、18 世紀半ばにカールリンネとフランツエピヌスによって研究され、関係を仮定したルネオイとアントワーヌセザールベクレルの知識を利用しました。機械的応力と電荷の間。実験は決定的ではないことが判明しました。

焦電性の知識と基礎となる結晶構造の理解を組み合わせることで、焦電性の予測と結晶の挙動を予測する能力が生まれました。これは、トルマリン、クォーツ、トパーズ、サトウキビ、ロシェル塩などの結晶の効果で実証されました。酒石酸カリウムナトリウム四水和物や石英も圧電性を示し、圧電ディスクを変形させると電圧が発生するように使用されました。これは、キュリーの直接圧電効果の実証で非常に誇張されていました。

ピエールキュリー兄弟とジャックキュリー兄弟は逆圧電効果を予測し、逆効果は 1881 年にガブリエルリップマンによって基本的な熱力学原理から数学的に推定されました。圧電結晶における電気弾性機械変形の可逆性。

何十年もの間、圧電性は実験室の好奇心のままでしたが、ピエールとマリー・キュリーによるポロニウムとラジウムの発見において重要なツールでした。圧電性を示す結晶構造を調査および定義する彼らの研究は、Woldemar Voigt の Lehrbuch der Kristallphysik (Textbook of Crystal Physics) の出版で最高潮に達しました。これは、圧電性が可能な天然結晶クラスを記述し、テンソル解析を使用して圧電定数を厳密に定義しました。これは圧電変換器の最初の実用化であり、ソナーは第一次世界大戦中に開発されました。フランスでは、ポール・ランジュバンと彼の同僚が超音波潜水艦検出器を開発しました。

カール・リンネとフランツ・アエピヌス

圧電性は、結晶、セラミック、骨や DNA などの生体物質などの特定の固体材料に電荷が蓄積する電気機械現象です。この電荷は、加えられた機械的ストレスに応じて生成されます。圧電性という言葉は、ギリシア語のπιέζειν (piezein) は「絞る、または押す」を意味し、ἤλεκτρον (ēlektron) は古代の電荷源である「琥珀」を意味します。

圧電効果は、反転対称性を持つ結晶材料の機械的状態と電気的状態の間の線形電気機械的相互作用から生じます。この効果は可逆的です。つまり、圧電性を示す材料は逆圧電効果も示します。これは、印加された電界に起因する機械的歪みの内部生成です。例えば、チタン酸ジルコン酸鉛結晶は、その静的構造が元の寸法から変形すると、測定可能な圧電性を生成します。逆に、結晶は外部電界が印加されると静的寸法を変化させることができます。これは逆圧電効果として知られており、超音波の生成に使用されます。

1880 年に、フランスの物理学者ジャックとピエールキュリーが圧電効果を発見し、それ以来、音の発生と検出、圧電インクジェット印刷、高電圧電気の生成、時計発生器、電子デバイス、微量天秤など、多くの有用な用途に利用されてきました。、駆動超音波ノズル、および超微細焦点光学アセンブリ。また、原子スケールで画像を解像するために使用される走査型プローブ顕微鏡の基礎も形成します。圧電性は、電子的に増幅されたギターのピックアップや、最新の電子ドラムのトリガーにも使用されています。

圧電性は、火花を発生させて調理器具や暖房器具、トーチ、シガレットライターでガスに点火するなど、日常的な用途にも見られます。焦電効果とは、材料が温度変化に応じて電位を生成することです。この効果は、18 世紀半ばにカールリンネとフランツエピヌスによって研究され、ルネアウイとアントワーヌセザールベクレルの知識を利用して、機械的応力と電荷の関係を仮定しましたが、彼らの実験は決定的ではないことが証明されました。

スコットランドのハンター博物館にあるキュリー補償装置の圧電結晶の図は、ピエールとジャックのキュリー兄弟による直接圧電効果のデモンストレーションです。彼らの焦電に関する知識と基礎となる結晶構造の理解を組み合わせることで、焦電気の予測と結晶挙動を予測する能力が生まれました。これは、トルマリン、クォーツ、トパーズ、サトウキビ、ロッシェル塩などの結晶の効果によって実証されました。酒石酸カリウムナトリウム四水和物とロッシェル塩からの水晶は圧電性を示し、圧電ディスクは変形すると電圧を発生しますが、これはキュリーの実証では非常に誇張されています.

逆圧電効果の予測と基本的な熱力学原理からのその数学的推論は、1881 年に Gabriel Lippmann によって行われました。キュリー夫妻はすぐに逆効果の存在を確認し、電気弾性の完全な可逆性の定量的証拠を得ました。圧電結晶の機械的変形。何十年もの間、ピエールとマリー・キュリー夫妻によるポロニウムとラジウムの発見において圧電性が重要なツールになるまで、圧電性は研究室の好奇心のままでした。これは、Woldemar Voigt の Lehrbuch der Kristallphysik (結晶物理学の教科書) の出版で最高潮に達し、圧電性が可能な天然の結晶クラスを説明し、テンソル解析を使用して圧電定数を厳密に定義しました。

この圧電変換器の実用化は、第一次世界大戦中のソナーの開発につながりました。フランスでは、ポール・ランジュバンと彼の同僚が超音波潜水艦検出器を開発しました。検出器は、鋼板に慎重に接着された薄い水晶で作られたトランスデューサと、トランスデューサから高周波パルスを放出した後に戻ってくるエコーを検出するハイドロフォンで構成されていました。物体に跳ね返る音波の反響を聞くのにかかる時間を測定することで、物体までの距離を計算することができました。彼らは圧電性を利用してこのソナーを成功させ、プロジェクトは圧電デバイスへの激しい発展と関心を生み出しました。

ルネ・アウイとアントワーヌ・セザール・ベクレル

圧電性は、結晶、セラミック、骨や DNA などの生体物質などの特定の固体材料が、加えられた機械的応力に応じて電荷を蓄積するときに発生する電気機械現象です。圧電性は、ギリシア語の「圧搾または押す」を意味する「piezein」と、古代の電荷源である「琥珀」を意味する「elektron」に由来します。

圧電効果は、反転対称性を持つ結晶材料の機械的状態と電気的状態の間の線形電気機械的相互作用から生じます。この効果は可逆的です。つまり、圧電効果を示す材料は逆圧電効果、または印加された電場に起因する機械的歪みの内部生成も示すことを意味します。例えば、チタン酸ジルコン酸鉛結晶は、その静的構造が元の寸法から変形すると、測定可能な圧電性を生成します。逆に、結晶は外部電場が印加されると静的寸法を変化させ、逆圧電効果と超音波の生成をもたらします。

フランスの物理学者ピエールキュリーとジャックキュリーは、1880 年に圧電効果を発見しました。この効果は、音の生成と検出、圧電インクジェット印刷、高電圧電気の生成、クロックジェネレーター、電子デバイスなど、さまざまな有用なアプリケーションに利用されてきました。微量天秤、駆動超音波ノズル、超微細集光光学アセンブリなど。また、原子スケールで像を解像できる走査型プローブ顕微鏡の基礎にもなっています。圧電性は、電子的に増幅されたギターのピックアップや、最新の電子ドラムのトリガーにも使用されています。

圧電効果は、18 世紀半ばに Carl Linnaeus と Franz Aepinus によって最初に研究され、機械的応力と電荷の関係を仮定した Rene Hauy と Antoine Cesar Becquerel からの知識を利用しました。しかし、実験は決定的ではないことが判明しました。焦電性の知識と基礎となる結晶構造の理解を組み合わせることで、焦電性の予測と結晶挙動を予測する能力が生まれました。これは、トルマリン、クォーツ、トパーズ、サトウキビ、ロシェル塩などの結晶の効果で実証されました。酒石酸カリウムナトリウム四水和物や石英も圧電性を示し、圧電ディスクを変形させると電圧が発生するように使用されました。この効果は、直接圧電効果を示したスコットランド博物館でのキュリーズのデモンストレーションで大幅に誇張されました。

ピエールとジャックのキュリー兄弟は、圧電結晶の電気弾性機械的変形が完全に可逆的であることを定量的に証明しました。何十年もの間、ピエールとマリー・キュリーによるポロニウムとラジウムの発見において重要なツールになるまで、圧電性は研究室の好奇心のままでした。この研究は、圧電性を示す結晶構造を調査および定義し、Woldemar Voigt の Lehrbuch der Kristallphysik (結晶物理学の教科書) の出版に至りました。

キュリー夫妻はすぐに逆効果の存在を確認し、逆効果の基本的な熱力学的原理を数学的に推測しました。これは 1881 年に Gabriel Lippmann によって行われました。その後、第一次世界大戦中にソナーを開発するために圧電が使用されました。フランスでは、Paul Langevin と彼の同僚が超音波潜水艦検出器を開発しました。この検出器は、鋼板に慎重に接着された薄い水晶で作られた変換器と、返されたエコーを検出するハイドロフォンで構成されていました。トランスデューサから高周波パルスを放出し、物体から跳ね返る音波のエコーを聞くのにかかる時間を測定することで、物体までの距離を計算できました。

圧電結晶の使用は、第二次世界大戦後にベル電話研究所によってさらに開発されました。無線電話技術部門で働く Frederick R. Lack は、幅広い温度範囲で動作するカットクリスタルを開発しました。 Lack のクリスタルは、以前のクリスタルのような重い付属品を必要とせず、航空機での使用を容易にしました。この開発により、連合軍の空軍は、航空無線を使用して、組織的な大量攻撃に従事することができました。米国での圧電デバイスと圧電材料の開発により、企業は戦時中のこの分野での開発を維持し、新材料の有益な特許を確保することに関心が高まりました。水晶は圧電材料として商業的に利用され、科学者はより高性能な材料を探しました。材料の進歩と製造プロセスの成熟にもかかわらず、米国

ガブリエル・リップマン

圧電性は、結晶、セラミック、骨や DNA などの生体物質などの特定の固体材料に電荷が蓄積する電気機械現象です。これは、反転対称性を持つ材料の機械的状態と電気的状態の間の相互作用の結果です。圧電性は、1880 年にフランスの物理学者ピエールとジャックキュリーによって初めて発見されました。

圧電性は、音の生成と検出、圧電インクジェット印刷、高電圧電気の生成など、さまざまな有用な用途に活用されてきました。圧電性は、ギリシア語のπιέζειν (piezein) は「絞るか押す」を意味し、ἤλεκτρον (ēlektron) は古代の電荷源である「琥珀」を意味します。

圧電効果は可逆的です。つまり、圧電性を示す材料は逆圧電効果も示します。この効果では、電場の印加によって内部で機械的歪みが発生します。例えば、チタン酸ジルコン酸鉛結晶は、その静的構造が元の寸法から変形すると、測定可能な圧電性を生成します。逆に、結晶は、外部電場が印加されると静的寸法を変化させることができます。これは、逆圧電効果として知られているプロセスです。このプロセスは、超音波を生成するために使用できます。

圧電効果は、カール・リンネとフランツ・エピヌスが、ルネ・アウイとアントワーヌ・セザール・ベクレルの知識を利用して、機械的応力と電荷の関係を仮定した 18 世紀半ばから研究されてきました。しかし、実験は決定的ではないことが判明しました。研究者が結晶挙動を予測できるようになったのは、焦電性の知識と基礎となる結晶構造の理解が組み合わさって、焦電性の予測が可能になったときでした。これは、トルマリン、クォーツ、トパーズ、サトウキビ、ロッシェル塩などの結晶の効果によって実証されました。

ガブリエル・リップマンは、1881 年に、逆圧電効果の基本的な熱力学的原理を数学的に推定しました。キュリー夫妻はすぐに逆効果の存在を確認し、圧電結晶の電気弾性機械的変形が完全に可逆的であることの定量的証拠を得ました。

何十年もの間、ピエールとマリー・キュリーによるポロニウムとラジウムの発見において重要なツールになるまで、圧電性は実験室の好奇心のままでした。圧電性を示す結晶構造を調査および定義する彼らの研究は、Woldemar Voigt の Lehrbuch der Kristallphysik (Textbook of Crystal Physics) の出版で最高潮に達しました。これは、圧電性が可能な天然の結晶クラスを記述し、テンソル解析を使用して圧電定数を厳密に定義しました。

圧電デバイスの実用化は、第一次世界大戦中のソナーの開発から始まりました。ポール・ランジュバンと彼の同僚は、超音波潜水艦検出器を開発しました。この検出器は、鋼板に慎重に接着された薄い水晶で作られた変換器と、返されたエコーを検出するハイドロフォンで構成されていました。トランスデューサから高周波パルスを放射し、物体から跳ね返る音波のエコーを聞くのにかかる時間を測定することで、物体までの距離を計算することができました。この圧電性のソナーへの使用は成功し、このプロジェクトは圧電デバイスへの強い関心を生み出しました。何十年にもわたって、新しい圧電材料とこれらの材料の新しいアプリケーションが探求され、開発されてきました。圧電デバイスは、プレーヤーの設計を簡素化し、安価で正確なレコードプレーヤーを維持費を抑えて製造しやすくしたセラミック蓄音機カートリッジから、流体の粘度と弾性を簡単に測定できる超音波トランスデューサの開発まで、さまざまな分野で使用されました。材料研究に大きな進歩をもたらしました。超音波時間領域反射率計は、材料に超音波パルスを送信し、反射と不連続性を測定して、鋳造金属や石材の内部の欠陥を検出し、構造上の安全性を向上させます。

第二次世界大戦後、米国、ロシア、日本の独立した研究グループは、天然材料よりも最大 XNUMX 倍高い圧電定数を示す強誘電体と呼ばれる新しいクラスの合成材料を発見しました。これにより、チタン酸バリウム、後にチタン酸ジルコン酸鉛、特定の用途向けの特定の特性を持つ材料を開発するための集中的な研究が行われました。圧電結晶の使用の重要な例が開発されました

ウォルデマー・フォークト

圧電性は、結晶、セラミック、骨や DNA などの生体物質などの特定の固体材料に電荷が蓄積する電気機械現象です。この電荷は、加えられた機械的ストレスに応じて生成されます。圧電性という言葉は、ギリシア語の「圧搾または押す」を意味する「piezein」と、古代の電荷源である「琥珀」を意味する「elektron」に由来します。

圧電効果は、反転対称性を持つ結晶材料の機械的状態と電気的状態の間の線形電気機械的相互作用から生じます。この効果は可逆的です。つまり、圧電性を示す材料は逆圧電効果も示します。この場合、機械的歪みの内部生成は、印加された電場に起因します。例えば、チタン酸ジルコン酸鉛結晶は、その静的構造が元の寸法から変形すると、測定可能な圧電性を生成します。逆に、結晶は、外部電場が印加されると静的寸法を変化させることができます。これは、超音波の生成に使用される逆圧電効果として知られる現象です。

フランスの物理学者ピエールキュリーとジャックキュリーは、1880 年に圧電性を発見しました。それ以来、圧電効果は、音の生成と検出、圧電インクジェット印刷、高電圧電気の生成、クロックジェネレーター、電子デバイスなど、さまざまな有用なアプリケーションに利用されてきました。マイクロ天びんのように、超音波ノズルを駆動して光学アセンブリの超微細集束を実現します。また、原子スケールで像を解像できる走査型プローブ顕微鏡の基礎にもなっています。さらに、電子的に増幅されたギターのピックアップや現代の電子ドラムのトリガーは圧電効果を使用しています。

圧電性は、火花を生成して、調理器具や暖房器具、トーチ、シガレットライターなどのガスに点火するという日常的な用途にも使用されています。材料が温度変化に反応して電位を生成する焦電効果は、18 世紀半ばにカールリンネとフランツエピヌスによって研究され、ルネアウイとアントワーヌセザールベクレルの知識を利用して、ストレスと電荷。この関係を証明するための実験は、決定的ではないことが判明しました。

スコットランドのハンター博物館にあるキュリー補償装置の圧電結晶の図は、ピエールとジャックのキュリー兄弟による直接圧電効果のデモンストレーションです。焦電気に関する知識と基礎となる結晶構造の理解を組み合わせることで、焦電気の予測が可能になり、トルマリン、クォーツ、トパーズ、サトウキビ、ロッシェル塩などの結晶の効果で彼らが示した結晶挙動を予測することができました。 . 酒石酸ナトリウムと酒石酸カリウムの四水和物と石英も圧電性を示し、圧電ディスクを使用して変形時に電圧を発生させました。この形状の変化は、キュリーズのデモンストレーションで非常に誇張されており、彼らは逆圧電効果を予測しました。逆効果は、1881 年に Gabriel Lippmann によって基本的な熱力学原理から数学的に推定されました。

キュリー夫妻はすぐに逆効果の存在を確認し、圧電結晶の電気弾性機械的変形が完全に可逆的であることの定量的証拠を得ました。その後の数十年間、ピエール・マリー・キュリーによるポロニウムとラジウムの発見において圧電性が重要なツールになるまで、圧電性は実験室の好奇心のままでした。これは、Woldemar Voigt の Lehrbuch der Kristallphysik (結晶物理学の教科書) の出版で最高潮に達し、圧電性が可能な天然の結晶クラスを説明し、テンソル解析を使用して圧電定数を厳密に定義しました。

これは、第一次世界大戦中に開発されたソナーなどの圧電デバイスの実用化につながりました。フランスでは、ポール・ランジュバンと彼の同僚が超音波潜水艦検出器を開発しました。この検出器は、鋼板に慎重に接着された薄い水晶で作られたトランスデューサと、トランスデューサから高周波パルスを放出した後に戻ってくるエコーを検出するハイドロフォンで構成されていました。物体に跳ね返る音波の反響を聞くのにかかる時間を測定することで、物体までの距離を計算できます。彼らは圧電性を利用してこのソナーを成功させ、プロジェクトは激しい開発と関心を生み出しました。

重要な関係

圧電アクチュエータ: 圧電アクチュエータは、電気エネルギーを機械運動に変換するデバイスです。これらは、ロボット工学、医療機器、および正確なモーション制御が必要なその他のアプリケーションで一般的に使用されています。
圧電センサー: 圧電センサーは、圧力、加速度、振動などの物理パラメーターを測定するために使用されます。それらは、産業用および医療用アプリケーション、ならびに家庭用電化製品でよく使用されます。
自然界の圧電性: 圧電性は、特定の材料で自然に発生する現象であり、多くの生物に見られます。一部の生物は、環境を感知し、他の生物と通信するために使用します。

まとめ

圧電性は、ソナーから蓄音機のカートリッジまで、さまざまな用途で使用されてきた驚くべき現象です。これは 1800 年代半ばから研究され、現代の技術の発展に大きな効果をもたらしてきました。このブログ投稿では、圧電性の歴史と用途を探り、現代技術の発展におけるこの現象の重要性を強調しました。圧電性について詳しく知りたい人にとって、この投稿は素晴らしい出発点です。

私はNeaeraの創設者でありコンテンツマーケティング担当者であるJoostNusselderであり、私の情熱の中心にあるギターを使って新しい機器を試すのが大好きです。私のチームと一緒に、2020年から詳細なブログ記事を作成しています。録音とギターのヒントで忠実な読者を助けるために。

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