पीझोइलेक्ट्रिकिटी ही काही सामग्रीची यांत्रिक ताणतणाव आणि त्याउलट वीज निर्माण करण्याची क्षमता आहे. हा शब्द ग्रीक पिझो मधून आला आहे ज्याचा अर्थ दाब आणि वीज असा होतो. हे प्रथम 1880 मध्ये शोधले गेले होते, परंतु ही संकल्पना बर्याच काळापासून ज्ञात आहे.
पायझोइलेक्ट्रिकिटीचे सर्वोत्कृष्ट उदाहरण क्वार्ट्ज आहे, परंतु इतर अनेक साहित्य देखील ही घटना प्रदर्शित करतात. पीझोइलेक्ट्रिकिटीचा सर्वात सामान्य वापर म्हणजे अल्ट्रासाऊंडचे उत्पादन.
या लेखात, मी piezoelectricity काय आहे, ते कसे कार्य करते आणि या आश्चर्यकारक इंद्रियगोचर अनेक व्यावहारिक अनुप्रयोग चर्चा करू.
पायझोइलेक्ट्रिकिटी म्हणजे काय?
पीझोइलेक्ट्रिसिटी म्हणजे लागू केलेल्या यांत्रिक तणावाच्या प्रतिसादात विद्युत चार्ज निर्माण करण्याची विशिष्ट सामग्रीची क्षमता. हे उलथापालथ सममिती असलेल्या क्रिस्टलीय पदार्थांमधील यांत्रिक आणि विद्युत अवस्थांमधील एक रेखीय इलेक्ट्रोमेकॅनिकल परस्परसंवाद आहे. पायझोइलेक्ट्रिक सामग्रीचा वापर उच्च व्होल्टेज वीज, घड्याळ जनरेटर, इलेक्ट्रॉनिक उपकरणे, मायक्रो बॅलेन्स, ड्राईव्ह अल्ट्रासोनिक नोझल्स आणि अल्ट्राफाइन फोकसिंग ऑप्टिकल असेंब्ली निर्माण करण्यासाठी केला जाऊ शकतो.
पिझोइलेक्ट्रिक सामग्रीमध्ये क्रिस्टल्स, विशिष्ट मातीची भांडी, हाडे आणि डीएनए सारख्या जैविक पदार्थ आणि प्रथिने यांचा समावेश होतो. जेव्हा पायझोइलेक्ट्रिक सामग्रीवर बल लागू केले जाते तेव्हा ते विद्युत चार्ज तयार करते. हे शुल्क नंतर उपकरणांना उर्जा देण्यासाठी किंवा व्होल्टेज तयार करण्यासाठी वापरले जाऊ शकते.
पायझोइलेक्ट्रिक सामग्रीचा वापर विविध अनुप्रयोगांमध्ये केला जातो, यासह:
• आवाजाचे उत्पादन आणि शोध
• पिझोइलेक्ट्रिक इंकजेट प्रिंटिंग
• उच्च व्होल्टेज वीज निर्मिती
• घड्याळ जनरेटर
• इलेक्ट्रॉनिक उपकरणे
• सूक्ष्म संतुलन
• प्रचंड कंपनसंख्या असलेल्या (ध्वनिलहरी) नोजल चालवा
• अल्ट्राफाईन फोकसिंग ऑप्टिकल असेंब्ली
• पिकअप इलेक्ट्रॉनिकली एम्पलीफाईड गिटारसाठी
• आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक ड्रमसाठी ट्रिगर
• वायू प्रज्वलित करण्यासाठी ठिणग्यांचे उत्पादन
• स्वयंपाक आणि गरम साधने
• टॉर्च आणि सिगारेट लाइटर.
पीझोइलेक्ट्रिकिटीचा इतिहास काय आहे?
1880 मध्ये फ्रेंच भौतिकशास्त्रज्ञ जॅक आणि पियरे क्युरी यांनी पीझोइलेक्ट्रिकिटीचा शोध लावला. हे विद्युत शुल्क आहे जे विशिष्ट घन पदार्थांमध्ये जमा होते, जसे की क्रिस्टल्स, सिरॅमिक्स आणि जैविक पदार्थ, लागू केलेल्या यांत्रिक तणावाच्या प्रतिसादात. 'पीझोइलेक्ट्रिकिटी' हा शब्द ग्रीक शब्द 'पिझेन', ज्याचा अर्थ 'स्क्विज' किंवा 'प्रेस', आणि 'इलेक्ट्रॉन', म्हणजे 'अंबर', विद्युत चार्जचा एक प्राचीन स्त्रोत यावरून आला आहे.
व्युत्क्रम सममिती असलेल्या क्रिस्टलीय पदार्थांच्या यांत्रिक आणि विद्युतीय अवस्थांमधील रेखीय इलेक्ट्रोमेकॅनिकल परस्परसंवादाचा परिणाम पायझोइलेक्ट्रिक परिणाम होतो. ही एक उलट करता येणारी प्रक्रिया आहे, याचा अर्थ पीझोइलेक्ट्रिकिटी दर्शविणारी सामग्री देखील रिव्हर्स पीझोइलेक्ट्रिक प्रभाव दर्शविते, जी लागू केलेल्या विद्युत क्षेत्रामुळे उद्भवणारी यांत्रिक ताणाची अंतर्गत निर्मिती आहे.
क्युरीजचे पायरोइलेक्ट्रिकिटीचे एकत्रित ज्ञान आणि अंतर्निहित क्रिस्टल स्ट्रक्चर्सची समज यामुळे पायरोइलेक्ट्रिकिटीचा अंदाज आणि क्रिस्टल वर्तनाचा अंदाज लावण्याची क्षमता वाढली. टूमलाइन, क्वार्ट्ज, पुष्कराज, उसाची साखर आणि रोशेल मीठ या क्रिस्टल्सच्या प्रभावामध्ये हे दिसून आले.
क्युरींनी ताबडतोब कॉन्व्हर्स इफेक्टच्या अस्तित्वाची पुष्टी केली, आणि पीझोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल्समधील इलेक्ट्रो-इलास्टो-मेकॅनिकल विकृतीच्या संपूर्ण उलटतेचा परिमाणात्मक पुरावा मिळवला. पियरे आणि मेरी क्युरी यांनी पोलोनियम आणि रेडियमच्या शोधात एक महत्त्वपूर्ण साधन बनले नाही तोपर्यंत पीझोइलेक्ट्रिकिटी हे प्रयोगशाळेतील कुतूहल बनले.
ध्वनीचे उत्पादन आणि शोध, पीझोइलेक्ट्रिक इंकजेट प्रिंटिंग, उच्च व्होल्टेज वीज निर्मिती, घड्याळ जनरेटर आणि इलेक्ट्रॉनिक उपकरणे, सूक्ष्म संतुलन, ड्राइव्ह अल्ट्रासोनिक नोझल्स, ऑप्टिकल असेंब्लीचे अल्ट्राफाइन फोकसिंग आणि फॉर्म यासह अनेक उपयुक्त अनुप्रयोगांसाठी पीझोइलेक्ट्रिकिटीचा वापर केला गेला आहे. अणूंच्या प्रमाणात प्रतिमांचे निराकरण करण्यासाठी स्कॅनिंग प्रोब मायक्रोस्कोपचा आधार.
पीझोइलेक्ट्रिकिटीमध्ये दररोजचे उपयोग देखील आढळतात, जसे की स्वयंपाक आणि गरम उपकरणांमध्ये गॅस प्रज्वलित करण्यासाठी स्पार्क निर्माण करणे, टॉर्च, सिगारेट लाइटर आणि पायरोइलेक्ट्रिक इफेक्ट, जेथे सामग्री तापमान बदलाच्या प्रतिसादात विद्युत क्षमता निर्माण करते.
पहिल्या महायुद्धादरम्यान सोनारच्या विकासामध्ये बेल टेलिफोन प्रयोगशाळांनी विकसित केलेल्या पिझोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल्सचा वापर पाहिला. यामुळे मित्र राष्ट्रांच्या हवाई दलांना एव्हिएशन रेडिओचा वापर करून समन्वित सामूहिक हल्ले करण्यास अनुमती मिळाली. युनायटेड स्टेट्समधील पीझोइलेक्ट्रिक उपकरणे आणि सामग्रीच्या विकासामुळे कंपन्यांना नवीन सामग्रीसाठी फायदेशीर पेटंट मिळवून हितसंबंधांच्या क्षेत्रात युद्धकाळाच्या सुरुवातीच्या विकासात ठेवले.
जपानने युनायटेड स्टेट्स पीझोइलेक्ट्रिक उद्योगाचे नवीन अनुप्रयोग आणि वाढ पाहिली आणि त्वरीत स्वतःचा विकास केला. त्यांनी त्वरीत माहिती सामायिक केली आणि विशिष्ट अनुप्रयोगांसाठी विशिष्ट गुणधर्मांसह बेरियम टायटॅनेट आणि नंतर लीड झिरकोनेट टायटेनेट सामग्री विकसित केली.
1880 मध्ये त्याचा शोध लागल्यापासून पीझोइलेक्ट्रिकिटीने खूप लांब पल्ला गाठला आहे आणि आता विविध दैनंदिन अनुप्रयोगांमध्ये त्याचा वापर केला जातो. हे अल्ट्रासोनिक टाइम डोमेन रिफ्लेक्टोमीटर्स सारख्या सामग्रीच्या संशोधनात प्रगती करण्यासाठी देखील वापरले गेले आहे, जे कास्ट मेटल आणि स्टोन ऑब्जेक्ट्समधील त्रुटी शोधण्यासाठी, स्ट्रक्चरल सुरक्षितता सुधारण्यासाठी परावर्तन आणि खंडितता मोजण्यासाठी सामग्रीद्वारे अल्ट्रासोनिक पल्स पाठवतात.
पीझोइलेक्ट्रिसिटी कशी कार्य करते
या विभागात, मी पीझोइलेक्ट्रिकिटी कशी कार्य करते हे शोधत आहे. मी घन पदार्थांमध्ये विद्युत चार्ज जमा करणे, रेखीय इलेक्ट्रोमेकॅनिकल परस्परसंवाद आणि ही घटना घडवणारी उलट करता येणारी प्रक्रिया पाहणार आहे. मी पीझोइलेक्ट्रिकिटीचा इतिहास आणि त्याच्या अनुप्रयोगांवर देखील चर्चा करेन.
घन पदार्थांमध्ये इलेक्ट्रिक चार्ज जमा करणे
पीझोइलेक्ट्रिकिटी हा विद्युत चार्ज आहे जो विशिष्ट घन पदार्थांमध्ये जमा होतो, जसे की क्रिस्टल्स, सिरॅमिक्स आणि हाडे आणि डीएनए सारख्या जैविक पदार्थ. हे लागू केलेल्या यांत्रिक ताणाला प्रतिसाद आहे आणि त्याचे नाव ग्रीक शब्द "पिझेन" (पिळणे किंवा दाबणे) आणि "एलेकट्रॉन" (एम्बर) वरून आले आहे.
पिझोइलेक्ट्रिक प्रभावाचा परिणाम व्युत्क्रम सममितीसह क्रिस्टलीय पदार्थांमधील यांत्रिक आणि विद्युत अवस्थांमधील रेखीय इलेक्ट्रोमेकॅनिकल परस्परसंवादातून होतो. ही एक उलट करता येणारी प्रक्रिया आहे, याचा अर्थ असा की पीझोइलेक्ट्रीसिटी प्रदर्शित करणारी सामग्री देखील रिव्हर्स पीझोइलेक्ट्रिक प्रभाव प्रदर्शित करते, जेथे लागू केलेल्या विद्युत क्षेत्रामुळे यांत्रिक ताणाची अंतर्गत निर्मिती होते. मोजता येण्याजोगे पायझोइलेक्ट्रिकिटी निर्माण करणाऱ्या पदार्थांच्या उदाहरणांमध्ये लीड झिरकोनेट टायटेनेट क्रिस्टल्सचा समावेश होतो.
फ्रेंच भौतिकशास्त्रज्ञ पियरे आणि जॅक क्युरी यांनी 1880 मध्ये पीझोइलेक्ट्रिकिटी शोधून काढली. तेव्हापासून ध्वनीचे उत्पादन आणि शोध, पिझोइलेक्ट्रिक इंकजेट प्रिंटिंग, उच्च व्होल्टेज वीज निर्मिती, घड्याळ जनरेटर आणि मायक्रो बॅलेन्स सारख्या इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांसह विविध उपयुक्त अनुप्रयोगांसाठी याचा वापर केला जात आहे. आणि ऑप्टिकल असेंब्लीच्या अल्ट्राफाइन फोकससाठी अल्ट्रासोनिक नोजल चालवा. हे स्कॅनिंग प्रोब मायक्रोस्कोपचा आधार देखील बनवते, जे अणूंच्या प्रमाणात प्रतिमांचे निराकरण करू शकते. पीझोइलेक्ट्रिकिटीचा वापर इलेक्ट्रॉनिकली अॅम्प्लीफाईड गिटारसाठी पिकअपमध्ये आणि आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक ड्रमसाठी ट्रिगरमध्ये देखील केला जातो.
पिझोइलेक्ट्रिकिटीचा वापर गॅस प्रज्वलित करण्यासाठी स्पार्क्स निर्माण करण्यासाठी, स्वयंपाक आणि गरम साधने, टॉर्च, सिगारेट लाइटर आणि पायरोइलेक्ट्रिक इफेक्टमध्ये आढळतो, जेथे तापमान बदलाच्या प्रतिसादात सामग्री विद्युत क्षमता निर्माण करते. 18 व्या शतकाच्या मध्यात कार्ल लिनिअस आणि फ्रांझ एपिनस यांनी याचा अभ्यास केला, रेने हाई आणि अँटोनी सेझर बेकरेल यांच्या ज्ञानावर आधारित, ज्यांनी यांत्रिक ताण आणि विद्युत चार्ज यांच्यातील संबंध दर्शविला. प्रयोग अनिर्णित सिद्ध झाले.
स्कॉटलंडमधील हंटेरियन म्युझियममधील क्युरी कम्पेन्सेटरमधील पायझो क्रिस्टलचे दृश्य थेट पायझोइलेक्ट्रिक प्रभावाचे प्रात्यक्षिक आहे. पियरे आणि जॅक क्युरी या बंधूंनी पायरोइलेक्ट्रिकिटीचे त्यांचे ज्ञान अंतर्निहित क्रिस्टल स्ट्रक्चर्सच्या आकलनासह एकत्रित केले, ज्यामुळे पायरोइलेक्ट्रिकिटीचा अंदाज आला. ते क्रिस्टलच्या वर्तनाचा अंदाज लावण्यात सक्षम होते आणि टूमलाइन, क्वार्ट्ज, पुष्कराज, उसाची साखर आणि रोशेल मीठ यांसारख्या क्रिस्टल्समधील प्रभाव प्रदर्शित केले. सोडियम पोटॅशियम टार्ट्रेट टेट्राहाइड्रेट आणि क्वार्ट्ज देखील पीझोइलेक्ट्रिकिटी प्रदर्शित करतात. पिझोइलेक्ट्रिक डिस्क विकृत झाल्यावर व्होल्टेज निर्माण करते आणि आकारातील बदल क्युरीच्या प्रात्यक्षिकात अतिशयोक्तीपूर्ण आहे.
ते कन्व्हर्स पीझोइलेक्ट्रिक परिणामाचा अंदाज लावू शकले, आणि 1881 मध्ये गॅब्रिएल लिप्पमन यांनी कन्व्हर्स इफेक्टचा गणिती अंदाज लावला. क्युरींनी ताबडतोब कन्व्हर्स इफेक्टच्या अस्तित्वाची पुष्टी केली आणि इलेक्ट्रो-इलास्टो-च्या संपूर्ण उलटतेचा परिमाणात्मक पुरावा मिळवला. पायझोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल्समधील यांत्रिक विकृती.
अनेक दशकांपर्यंत, पीझोइलेक्ट्रिकिटी ही प्रयोगशाळेची उत्सुकता राहिली, परंतु पियरे आणि मेरी क्युरी यांनी पोलोनियम आणि रेडियमच्या शोधात ते एक महत्त्वाचे साधन होते. पीझोइलेक्ट्रीसिटीचे प्रदर्शन करणार्‍या क्रिस्टल स्ट्रक्चर्सचे अन्वेषण आणि व्याख्या करण्याचे त्यांचे कार्य वोल्डेमार व्होइग्टच्या लेहरबुच डेर क्रिस्टालफिसिक (क्रिस्टल भौतिकशास्त्राचे पाठ्यपुस्तक) च्या प्रकाशनात समाप्त झाले, ज्यात पीझोइलेक्ट्रिकिटीसाठी सक्षम असलेल्या नैसर्गिक क्रिस्टल वर्गांचे वर्णन केले आहे आणि पीझोइलेक्ट्रिकटीचे काटेकोरपणे वर्णन केले आहे. हा पायझोइलेक्ट्रिक उपकरणांचा व्यावहारिक उपयोग होता आणि सोनार पहिल्या महायुद्धात विकसित करण्यात आले. फ्रान्समध्ये पॉल लॅन्गेव्हिन आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी अल्ट्रासोनिक पाणबुडी शोधक विकसित केले.
डिटेक्टरमध्ये ए ट्रान्सड्यूसर पातळ क्वार्ट्ज क्रिस्टल्सपासून बनविलेले स्टील प्लेट्सवर काळजीपूर्वक चिकटलेले आणि परत आलेला प्रतिध्वनी शोधण्यासाठी हायड्रोफोन. उच्च उत्सर्जन करून वारंवारता ट्रान्सड्यूसरमधून नाडी आणि एखाद्या वस्तूवरून उसळणाऱ्या ध्वनी लहरींचा प्रतिध्वनी ऐकण्यासाठी लागणारा वेळ मोजून ते त्या वस्तूचे अंतर मोजू शकले. सोनारला यशस्वी करण्यासाठी त्यांनी पीझोइलेक्ट्रिकिटीचा वापर केला आणि या प्रकल्पामुळे पीझोइलेक्ट्रिक उपकरणांमध्ये तीव्र विकास आणि रूची निर्माण झाली. अनेक दशकांमध्ये, नवीन पायझोइलेक्ट्रिक सामग्री आणि सामग्रीसाठी नवीन अनुप्रयोग शोधले गेले आणि विकसित केले गेले आणि पीझोइलेक्ट्रिक उपकरणांना विविध क्षेत्रांमध्ये घरे सापडली. सिरॅमिक फोनोग्राफ काडतुसेने प्लेअर डिझाइन सरलीकृत केले आणि स्वस्त आणि अचूक रेकॉर्ड प्लेयर्ससाठी बनवले जे देखरेखीसाठी स्वस्त आणि तयार करणे सोपे होते.
प्रचंड कंपनसंख्या असलेल्या (ध्वनिलहरी) ट्रान्सड्यूसरच्या विकासामुळे द्रव आणि घन पदार्थांच्या चिकटपणा आणि लवचिकतेचे सहज मोजमाप करण्याची परवानगी मिळाली, परिणामी सामग्री संशोधनात मोठी प्रगती झाली.
रेखीय इलेक्ट्रोमेकॅनिकल परस्परसंवाद
पीझोइलेक्ट्रिकिटी म्हणजे यांत्रिक तणावाच्या अधीन असताना विद्युत चार्ज निर्माण करण्याची विशिष्ट सामग्रीची क्षमता. हा शब्द ग्रीक शब्द πιέζειν (piezein) या शब्दापासून आला आहे ज्याचा अर्थ "पिळणे किंवा दाबणे" आणि ἤλεκτρον (ēlektron) म्हणजे "अंबर", जो विद्युत चार्जचा एक प्राचीन स्रोत होता.
1880 मध्ये फ्रेंच भौतिकशास्त्रज्ञ जॅक आणि पियरे क्युरी यांनी पीझोइलेक्ट्रिकिटीचा शोध लावला. हे व्युत्क्रम सममिती असलेल्या क्रिस्टलीय पदार्थांच्या यांत्रिक आणि विद्युतीय अवस्थांमधील रेखीय इलेक्ट्रोमेकॅनिकल परस्परसंवादावर आधारित आहे. हा परिणाम उलट करता येण्याजोगा आहे, याचा अर्थ असा की पीझोइलेक्ट्रिकिटी दर्शविणारी सामग्री देखील एक रिव्हर्स पीझोइलेक्ट्रिक प्रभाव प्रदर्शित करते, ज्याद्वारे लागू केलेल्या विद्युत क्षेत्रातून यांत्रिक ताणाची अंतर्गत निर्मिती होते. त्यांच्या स्थिर संरचनेतून विकृत झाल्यावर मोजता येण्याजोगे पीझोइलेक्ट्रिकिटी निर्माण करणार्‍या सामग्रीच्या उदाहरणांमध्ये लीड झिरकोनेट टायटेनेट क्रिस्टल्सचा समावेश होतो. याउलट, जेव्हा बाह्य विद्युत क्षेत्र लागू केले जाते तेव्हा क्रिस्टल्स त्यांचे स्थिर परिमाण बदलू शकतात, ज्याला इनव्हर्स पायझोइलेक्ट्रिक प्रभाव म्हणून ओळखले जाते आणि अल्ट्रासाऊंड लहरींच्या निर्मितीमध्ये वापरले जाते.
पीझोइलेक्ट्रिकिटीचा वापर विविध उपयुक्त अनुप्रयोगांसाठी केला गेला आहे, जसे की:
• आवाजाचे उत्पादन आणि शोध
• पिझोइलेक्ट्रिक इंकजेट प्रिंटिंग
• उच्च व्होल्टेज वीज निर्मिती
• घड्याळ जनरेटर
• इलेक्ट्रॉनिक उपकरणे
• सूक्ष्म संतुलन
• प्रचंड कंपनसंख्या असलेल्या (ध्वनिलहरी) नोजल चालवा
• अल्ट्राफाईन फोकसिंग ऑप्टिकल असेंब्ली
• अणूंच्या प्रमाणात प्रतिमांचे निराकरण करण्यासाठी स्कॅनिंग प्रोब मायक्रोस्कोपचा आधार बनवते
• इलेक्ट्रॉनिकली अॅम्प्लीफाईड गिटारमध्ये पिकअप
• आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक ड्रममध्ये ट्रिगर
• स्वयंपाक आणि गरम उपकरणांमध्ये गॅस प्रज्वलित करण्यासाठी स्पार्क निर्माण करणे
• टॉर्च आणि सिगारेट लाइटर
पायरोइलेक्ट्रिक इफेक्टमध्ये पायझोइलेक्ट्रिकिटीचा रोजचा वापर देखील आढळतो, जो तापमान बदलाच्या प्रतिसादात विद्युत क्षमता निर्माण करणारी सामग्री आहे. 18 व्या शतकाच्या मध्यात कार्ल लिनिअस आणि फ्रांझ एपिनस यांनी याचा अभ्यास केला, रेने हाई आणि अँटोनी सेझर बेकरेल यांच्या ज्ञानावर आधारित, ज्यांनी यांत्रिक ताण आणि विद्युत चार्ज यांच्यातील संबंध दर्शविला. तथापि, प्रयोग अनिर्णित सिद्ध झाले.
स्कॉटलंडमधील हंटेरियन म्युझियममध्ये क्युरी कम्पेन्सेटरमध्ये पायझो क्रिस्टल पाहणे हे थेट पीझोइलेक्ट्रिक प्रभावाचे प्रात्यक्षिक आहे. पियरे आणि जॅक क्युरी या बंधूंचे कार्य होते ज्यांनी पिझोइलेक्ट्रिकिटीचे प्रदर्शन करणार्‍या क्रिस्टल संरचनांचा शोध लावला आणि त्यांची व्याख्या केली, वोल्डेमार व्होइग्टच्या लेहरबुच डेर क्रिस्टालफिजिक (क्रिस्टल भौतिकशास्त्राचे पाठ्यपुस्तक) प्रकाशित झाले. यात पायझोइलेक्ट्रिकिटीसाठी सक्षम असलेल्या नैसर्गिक क्रिस्टल वर्गांचे वर्णन केले गेले आणि टेन्सर विश्लेषणाद्वारे पायझोइलेक्ट्रिक स्थिरांकांची कठोरपणे व्याख्या केली गेली, ज्यामुळे पायझोइलेक्ट्रिक उपकरणांचा व्यावहारिक उपयोग झाला.
सोनार पहिल्या महायुद्धादरम्यान विकसित करण्यात आले, जेव्हा फ्रान्सचे पॉल लॅन्गेव्हिन आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी अल्ट्रासोनिक पाणबुडी शोधक विकसित केले. या डिटेक्टरमध्ये स्टील प्लेट्सवर काळजीपूर्वक चिकटलेल्या पातळ क्वार्ट्ज क्रिस्टल्सपासून बनविलेले ट्रान्सड्यूसर आणि ट्रान्सड्यूसरमधून उच्च वारंवारता नाडी उत्सर्जित केल्यानंतर परत येणारा प्रतिध्वनी शोधण्यासाठी हायड्रोफोनचा समावेश होता. एखाद्या वस्तूवरून उसळणाऱ्या ध्वनी लहरींचा प्रतिध्वनी ऐकण्यासाठी लागणारा वेळ मोजून, ते पीझोइलेक्ट्रिकिटीचा वापर करून वस्तूचे अंतर मोजू शकले. या प्रकल्पाच्या यशामुळे अनेक दशकांमध्ये पीझोइलेक्ट्रिक उपकरणांमध्ये तीव्र विकास आणि स्वारस्य निर्माण झाले, नवीन पीझोइलेक्ट्रिक सामग्री आणि या सामग्रीसाठी नवीन अनुप्रयोग शोधले आणि विकसित केले गेले. पायझोइलेक्ट्रिक उपकरणांना सिरेमिक फोनोग्राफ काडतुसे यासारख्या अनेक क्षेत्रात घरे सापडली, ज्याने प्लेअर डिझाइन सुलभ केले आणि स्वस्त आणि अधिक अचूक रेकॉर्ड प्लेयर्ससाठी बनवले आणि तयार करणे आणि देखरेख करणे स्वस्त आणि सोपे आहे.
प्रचंड कंपनसंख्या असलेल्या (ध्वनिलहरी) ट्रान्सड्यूसरच्या विकासामुळे द्रव आणि घन पदार्थांच्या स्निग्धता आणि लवचिकतेचे सहज मोजमाप करण्याची परवानगी मिळाली, परिणामी साहित्य संशोधनात मोठी प्रगती झाली. प्रचंड कंपनसंख्या असलेल्या (ध्वनिलहरी) टाइम डोमेन रिफ्लेक्टोमीटर सामग्रीमध्ये अल्ट्रासोनिक पल्स पाठवतात आणि कास्ट मेटल आणि स्टोन ऑब्जेक्ट्समधील त्रुटी शोधण्यासाठी प्रतिबिंब आणि खंड मोजतात, ज्यामुळे संरचनात्मक सुरक्षितता सुधारते. दुसऱ्या महायुद्धानंतर, युनायटेड स्टेट्स, रशिया आणि जपानमधील स्वतंत्र संशोधन गटांनी फेरोइलेक्ट्रिक्स नावाच्या सिंथेटिक सामग्रीचा एक नवीन वर्ग शोधला, ज्यामध्ये नैसर्गिक सामग्रीपेक्षा पायझोइलेक्ट्रिक स्थिरांक अनेक पटींनी जास्त होते. यामुळे बेरियम टायटॅनेट आणि नंतर लीड झिरकोनेट टायटेनेट, विशिष्ट अनुप्रयोगांसाठी विशिष्ट गुणधर्म असलेली सामग्री विकसित करण्यासाठी गहन संशोधन झाले.
पीझोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल्सच्या वापराचे महत्त्वपूर्ण उदाहरण दुसऱ्या महायुद्धानंतर बेल टेलिफोन प्रयोगशाळांनी विकसित केले होते. फ्रेडरिक आर. अभाव, रेडिओ टेलिफोनी अभियांत्रिकी विभागात कार्यरत,
उलट करण्यायोग्य प्रक्रिया
पीझोइलेक्ट्रिकिटी हा विद्युत चार्ज आहे जो विशिष्ट घन पदार्थांमध्ये जमा होतो, जसे की क्रिस्टल्स, सिरॅमिक्स आणि हाडे आणि डीएनए सारख्या जैविक पदार्थ. लागू केलेल्या यांत्रिक तणावासाठी या सामग्रीचा प्रतिसाद आहे. 'piezoelectricity' हा शब्द ग्रीक शब्द 'piezein' या शब्दापासून आला आहे, ज्याचा अर्थ 'स्क्वीझ' किंवा 'प्रेस' आणि 'élektron' म्हणजे 'अंबर', विद्युत चार्जचा एक प्राचीन स्रोत.
व्युत्क्रम सममिती असलेल्या क्रिस्टलीय पदार्थांच्या यांत्रिक आणि विद्युतीय अवस्थांमधील रेखीय इलेक्ट्रोमेकॅनिकल परस्परसंवादाचा परिणाम पायझोइलेक्ट्रिक परिणाम होतो. ही एक उलट करता येणारी प्रक्रिया आहे, याचा अर्थ पीझोइलेक्ट्रिकिटी दर्शविणारी सामग्री देखील रिव्हर्स पीझोइलेक्ट्रिक प्रभाव दर्शविते, जी लागू केलेल्या विद्युत क्षेत्रामुळे उद्भवणारी यांत्रिक ताणाची अंतर्गत निर्मिती आहे. मोजता येण्याजोगे पायझोइलेक्ट्रिकिटी निर्माण करणाऱ्या पदार्थांच्या उदाहरणांमध्ये लीड झिरकोनेट टायटेनेट क्रिस्टल्सचा समावेश होतो. जेव्हा या क्रिस्टल्सची स्थिर रचना विकृत होते, तेव्हा ते त्यांच्या मूळ परिमाणात परत येतात आणि याउलट, जेव्हा बाह्य विद्युत क्षेत्र लागू केले जाते तेव्हा ते त्यांचे स्थिर परिमाण बदलतात, अल्ट्रासाऊंड लहरी निर्माण करतात.
फ्रेंच भौतिकशास्त्रज्ञ जॅक आणि पियरे क्युरी यांनी 1880 मध्ये पीझोइलेक्ट्रिकिटी शोधून काढली. तेव्हापासून ध्वनीचे उत्पादन आणि शोध, पिझोइलेक्ट्रिक इंकजेट प्रिंटिंग, उच्च व्होल्टेज वीज निर्मिती, घड्याळ जनरेटर, इलेक्ट्रॉनिक उपकरणे, सूक्ष्म संतुलन, यासह विविध उपयुक्त अनुप्रयोगांसाठी त्याचा वापर केला जात आहे. प्रचंड कंपनसंख्या असलेल्या (ध्वनिलहरी) नोजल आणि अल्ट्राफाइन फोकसिंग ऑप्टिकल असेंब्ली चालवा. हे प्रोब मायक्रोस्कोप स्कॅनिंगसाठी आधार देखील बनवते, जे अणूंच्या प्रमाणात प्रतिमांचे निराकरण करू शकते. पीझोइलेक्ट्रिकिटीचा वापर इलेक्ट्रॉनिकली अॅम्प्लीफाईड गिटार आणि आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक ड्रमसाठी ट्रिगर करण्यासाठी पिकअपमध्ये देखील केला जातो.
पीझोइलेक्ट्रिकिटीमध्ये रोजचे उपयोग देखील आढळतात, जसे की स्वयंपाक आणि गरम उपकरणे, टॉर्च, सिगारेट लाइटर आणि बरेच काही मध्ये गॅस प्रज्वलित करण्यासाठी स्पार्क निर्माण करणे. पायरोइलेक्ट्रिक इफेक्ट, ज्यामध्ये तापमान बदलाला प्रतिसाद म्हणून एखादी सामग्री विद्युत क्षमता निर्माण करते, याचा अभ्यास कार्ल लिनियस, फ्रांझ एपिनस आणि रेने हाई यांनी 18 व्या शतकाच्या मध्यात अंबरच्या ज्ञानावर काढला होता. एंटोइन सीझर बेकरेल यांनी यांत्रिक ताण आणि विद्युत चार्ज यांच्यातील संबंध मांडला, परंतु प्रयोग अनिर्णित सिद्ध झाले.
ग्लासगो येथील हंटेरियन म्युझियमचे अभ्यागत Piezo Crystal Curie Compensator पाहू शकतात, जे पियरे आणि जॅक क्युरी या बंधूंनी थेट piezoelectric प्रभावाचे प्रात्यक्षिक दाखवले आहे. पायरोइलेक्ट्रिकिटीचे त्यांचे ज्ञान अंतर्निहित क्रिस्टल स्ट्रक्चर्सच्या आकलनासह एकत्रित केल्याने पायरोइलेक्ट्रिकिटीचा अंदाज आणि क्रिस्टल वर्तनाचा अंदाज लावण्याची क्षमता वाढली. टूमलाइन, क्वार्ट्ज, पुष्कराज, उसाची साखर आणि रोशेल मीठ यांसारख्या क्रिस्टल्सच्या प्रभावाने हे दिसून आले. सोडियम आणि पोटॅशियम टार्ट्रेट टेट्राहाइड्रेट आणि क्वार्ट्ज देखील पीझोइलेक्ट्रिकिटी प्रदर्शित करतात आणि विकृत झाल्यावर व्होल्टेज निर्माण करण्यासाठी पिझोइलेक्ट्रिक डिस्कचा वापर केला जातो. आकारातील हा बदल क्युरींनी संवादी पायझोइलेक्ट्रिक प्रभावाचा अंदाज लावण्यासाठी अतिशयोक्तीपूर्ण केली होती. 1881 मध्ये गॅब्रिएल लिप्पमन यांनी केलेल्या मूलभूत थर्मोडायनामिक तत्त्वांवरून गणितीयदृष्ट्या उलट परिणाम काढण्यात आला.
क्युरींनी ताबडतोब कॉन्व्हर्स इफेक्टच्या अस्तित्वाची पुष्टी केली, आणि पीझोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल्समधील इलेक्ट्रो-इलास्टो-मेकॅनिकल विकृतीच्या संपूर्ण उलटतेचा परिमाणात्मक पुरावा मिळवला. अनेक दशकांपर्यंत, पीझोइलेक्ट्रिकिटी ही प्रयोगशाळेची उत्सुकता राहिली, परंतु पियरे आणि मेरी क्युरी यांनी पोलोनियम आणि रेडियमच्या शोधात ते एक महत्त्वाचे साधन होते. पीझोइलेक्ट्रिकिटीचे प्रदर्शन करणार्‍या क्रिस्टल स्ट्रक्चर्सचे अन्वेषण आणि व्याख्या करण्याचे त्यांचे कार्य वोल्डेमार व्होइग्टच्या लेहरबुच डेर क्रिस्टालफिसिक (क्रिस्टल भौतिकशास्त्राचे पाठ्यपुस्तक) च्या प्रकाशनात संपले. यात पायझोइलेक्ट्रिकिटीसाठी सक्षम असलेल्या नैसर्गिक क्रिस्टल वर्गांचे वर्णन केले आणि टेन्सर विश्लेषण वापरून पीझोइलेक्ट्रिक स्थिरांकांची कठोर व्याख्या केली.
सोनार सारख्या पायझोइलेक्ट्रिक उपकरणांचा व्यावहारिक उपयोग पहिल्या महायुद्धादरम्यान विकसित झाला. फ्रान्समध्ये पॉल लॅन्गेव्हिन आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी अल्ट्रासोनिक पाणबुडी शोधक विकसित केले. या डिटेक्टरमध्ये स्टीलच्या प्लेट्सवर काळजीपूर्वक चिकटलेल्या पातळ क्वार्ट्ज क्रिस्टल्सपासून बनविलेले ट्रान्सड्यूसर आणि परत आलेला प्रतिध्वनी शोधण्यासाठी हायड्रोफोनचा समावेश होता. ट्रान्सड्यूसरमधून उच्च वारंवारता पल्स उत्सर्जित करून आणि एखाद्या वस्तूवरून उसळणाऱ्या ध्वनी लहरींचा प्रतिध्वनी ऐकण्यासाठी लागणारा वेळ मोजून, ते ऑब्जेक्टचे अंतर मोजू शकले. हा सोनार यशस्वी करण्यासाठी त्यांनी पीझोइलेक्ट्रिकचा वापर केला. या प्रकल्पामुळे पीझोइलेक्ट्रिक उपकरणांमध्ये तीव्र विकास आणि स्वारस्य निर्माण झाले आणि अनेक दशकांमध्ये नवीन पीझोइलेक्ट्रिक सामग्री आणि या सामग्रीसाठी नवीन अनुप्रयोग शोधले गेले आणि विकसित केले गेले. पायझोइलेक्ट्रिक उपकरणे
पायझोइलेक्ट्रिकिटी कशामुळे होते?
या विभागात, मी पीझोइलेक्ट्रिकिटीची उत्पत्ती आणि ही घटना प्रदर्शित करणार्‍या विविध सामग्रीचा शोध घेईन. मी ग्रीक शब्द 'piezein', विद्युत चार्जचा प्राचीन स्त्रोत आणि पायरोइलेक्ट्रिकिटी प्रभाव पाहणार आहे. मी पियरे आणि जॅक क्यूरी यांच्या शोधांवर आणि 20 व्या शतकातील पीझोइलेक्ट्रिक उपकरणांच्या विकासावर देखील चर्चा करणार आहे.
ग्रीक शब्द Piezein
पीझोइलेक्ट्रिकिटी म्हणजे क्रिस्टल्स, सिरॅमिक्स आणि हाडे आणि डीएनए सारख्या जैविक पदार्थांसारख्या विशिष्ट घन पदार्थांमध्ये इलेक्ट्रिक चार्जचे संचय. हे लागू केलेल्या यांत्रिक तणावास या सामग्रीच्या प्रतिसादामुळे होते. piezoelectricity हा शब्द ग्रीक शब्द “piezein” वरून आला आहे, ज्याचा अर्थ “पिळणे किंवा दाबणे” आणि “elektron”, म्हणजे “अंबर”, विद्युत चार्जचा एक प्राचीन स्त्रोत.
व्युत्क्रम सममिती असलेल्या क्रिस्टलीय पदार्थांच्या यांत्रिक आणि विद्युतीय अवस्थांमधील रेखीय इलेक्ट्रोमेकॅनिकल परस्परसंवादाचा परिणाम पायझोइलेक्ट्रिक परिणाम होतो. ही एक उलट करता येणारी प्रक्रिया आहे, याचा अर्थ असा की पीझोइलेक्ट्रीसिटी प्रदर्शित करणारी सामग्री देखील रिव्हर्स पीझोइलेक्ट्रिक प्रभाव प्रदर्शित करते, जी लागू केलेल्या विद्युत क्षेत्रामुळे उद्भवणारी यांत्रिक ताणाची अंतर्गत निर्मिती आहे. उदाहरणार्थ, लीड झिरकोनेट टायटॅनेट क्रिस्टल्स मोजता येण्याजोगे पीझोइलेक्ट्रिकिटी निर्माण करतात जेव्हा त्यांची स्थिर रचना मूळ परिमाणापासून विकृत होते. याउलट, जेव्हा बाह्य विद्युत क्षेत्र लागू केले जाते तेव्हा क्रिस्टल्स त्यांचे स्थिर परिमाण बदलू शकतात, ज्याला व्यस्त पायझोइलेक्ट्रिक प्रभाव म्हणून ओळखले जाते आणि अल्ट्रासाऊंड लहरींचे उत्पादन आहे.
फ्रेंच भौतिकशास्त्रज्ञ जॅक आणि पियरे क्युरी यांनी 1880 मध्ये पीझोइलेक्ट्रिकिटी शोधून काढली. पीझोइलेक्ट्रिक इफेक्टचा वापर अनेक उपयुक्त अनुप्रयोगांसाठी केला गेला आहे, ज्यात ध्वनी निर्मिती आणि शोधणे, पिझोइलेक्ट्रिक इंकजेट प्रिंटिंग, उच्च व्होल्टेज वीज निर्मिती, घड्याळ जनरेटर आणि मायक्रो बॅलेन्स सारख्या इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांचा समावेश आहे. , प्रचंड कंपनसंख्या असलेल्या (ध्वनिलहरी) नोझल्स आणि अल्ट्राफाइन फोकसिंग ऑप्टिकल असेंब्ली चालवा. हे स्कॅनिंग प्रोब मायक्रोस्कोपचा आधार देखील बनवते, जे अणूंच्या प्रमाणात प्रतिमांचे निराकरण करू शकते. पीझोइलेक्ट्रिकिटीचा वापर इलेक्ट्रॉनिकली अॅम्प्लीफाईड गिटार आणि आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक ड्रमसाठी ट्रिगर करण्यासाठी पिकअपमध्ये देखील केला जातो.
पीझोइलेक्ट्रिकिटी दैनंदिन वापर शोधते, जसे की स्वयंपाक आणि गरम उपकरणे, टॉर्च, सिगारेट लाइटर आणि बरेच काही मध्ये गॅस पेटवण्यासाठी स्पार्क निर्माण करणे. पायरोइलेक्ट्रिक प्रभाव, जो तापमान बदलाला प्रतिसाद म्हणून विद्युत क्षमता निर्माण करतो, याचा अभ्यास कार्ल लिनियस आणि फ्रांझ एपिनस यांनी 18 व्या शतकाच्या मध्यात केला होता, ज्याने रेने हाई आणि अँटोइन सीझर बेकरेल यांच्या ज्ञानावर आधारित चित्र काढले होते, ज्यांनी त्यांच्या दरम्यान संबंध ठेवला होता. यांत्रिक ताण आणि इलेक्ट्रिक चार्ज. प्रयोग अनिर्णित सिद्ध झाले.
स्कॉटलंडमधील संग्रहालयात, अभ्यागत पिएझो क्रिस्टल क्युरी कम्पेन्सेटर पाहू शकतात, पियरे आणि जॅक क्युरी या बंधूंनी थेट पायझोइलेक्ट्रिक प्रभावाचे प्रात्यक्षिक. पायरोइलेक्ट्रिकिटीचे त्यांचे ज्ञान अंतर्निहित क्रिस्टल स्ट्रक्चर्सच्या आकलनासह एकत्रित केल्याने पायरोइलेक्ट्रिकिटीचा अंदाज आणि क्रिस्टल वर्तनाचा अंदाज घेण्याची क्षमता वाढली. टूमलाइन, क्वार्ट्ज, पुष्कराज, उसाची साखर आणि रोशेल मीठ यांसारख्या क्रिस्टल्सच्या प्रभावाने हे दिसून आले. सोडियम पोटॅशियम टार्ट्रेट टेट्राहायड्रेट आणि रोशेल सॉल्टमधील क्वार्ट्जने पीझोइलेक्ट्रिकिटी दर्शविली आणि पिझोइलेक्ट्रिक डिस्क विकृत झाल्यावर व्होल्टेज निर्माण करते. आकारातील हा बदल क्युरीजच्या प्रात्यक्षिकात अतिशयोक्तीपूर्ण आहे.
क्युरींनी पायझोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल्समधील इलेक्ट्रो-इलास्टो-मेकॅनिकल विकृतीच्या संपूर्ण उलटतेचा परिमाणात्मक पुरावा मिळवला. पियरे आणि मेरी क्युरी यांनी पोलोनियम आणि रेडियमच्या शोधात एक महत्त्वपूर्ण साधन बनले नाही तोपर्यंत पीझोइलेक्ट्रिकिटी ही प्रयोगशाळेतील उत्सुकता राहिली. पीझोइलेक्ट्रिकिटीचे प्रदर्शन करणार्‍या क्रिस्टल स्ट्रक्चर्सचे अन्वेषण आणि व्याख्या करण्याचे त्यांचे कार्य वोल्डेमार व्होइग्टच्या लेहरबुच डेर क्रिस्टालफिसिक (क्रिस्टल भौतिकशास्त्राचे पाठ्यपुस्तक) च्या प्रकाशनात संपले. यात पायझोइलेक्ट्रिकिटीसाठी सक्षम असलेल्या नैसर्गिक क्रिस्टल वर्गांचे वर्णन केले गेले आणि टेन्सर विश्लेषणाद्वारे पायझोइलेक्ट्रिक स्थिरांकांची कठोरपणे व्याख्या केली.
पीझोइलेक्ट्रिकिटीच्या या व्यावहारिक वापरामुळे पहिल्या महायुद्धात सोनारचा विकास झाला. फ्रान्समध्ये पॉल लॅन्गेव्हिन आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी अल्ट्रासोनिक पाणबुडी डिटेक्टर विकसित केले. डिटेक्टरमध्ये उच्च फ्रिक्वेंसी पल्स उत्सर्जित केल्यावर परत येणारा प्रतिध्वनी शोधण्यासाठी स्टील प्लेट्सवर काळजीपूर्वक चिकटलेल्या पातळ क्वार्ट्ज क्रिस्टल्सपासून बनविलेले ट्रान्सड्यूसर होते, ज्याला हायड्रोफोन म्हणतात. ट्रान्सड्यूसरने ऑब्जेक्टचे अंतर मोजण्यासाठी एखाद्या वस्तूवरून उसळणाऱ्या ध्वनी लहरींचा प्रतिध्वनी ऐकण्यासाठी लागणारा वेळ मोजला. सोनारमध्ये पीझोइलेक्ट्रिकिटीचा वापर यशस्वी झाला आणि या प्रकल्पामुळे अनेक दशकांपासून पीझोइलेक्ट्रिक उपकरणांमध्ये तीव्र विकास आणि रस निर्माण झाला.
नवीन पायझोइलेक्ट्रिक साहित्य आणि या सामग्रीसाठी नवीन अनुप्रयोग शोधले गेले आणि विकसित केले गेले आणि पायझोइलेक्ट्रिक उपकरणांना अनेक क्षेत्रात घरे सापडली, जसे की सिरॅमिक फोनोग्राफ काडतुसे, ज्याने प्लेअर डिझाइन सोपे केले आणि स्वस्त, अधिक अचूक रेकॉर्ड प्लेयर्स बनवले जे देखरेख करण्यासाठी स्वस्त आणि सोपे होते. तयार करण्यासाठी. विकास
इलेक्ट्रिक चार्जचा प्राचीन स्त्रोत
पीझोइलेक्ट्रिकिटी हा विद्युत चार्ज आहे जो विशिष्ट घन पदार्थांमध्ये जमा होतो, जसे की क्रिस्टल्स, सिरॅमिक्स आणि हाडे आणि डीएनए सारख्या जैविक पदार्थ. हे लागू केलेल्या यांत्रिक तणावास सामग्रीच्या प्रतिसादामुळे होते. 'पीझोइलेक्ट्रिकिटी' हा शब्द ग्रीक शब्द 'पिझेइन' वरून आला आहे, ज्याचा अर्थ 'पिळणे किंवा दाबणे' आणि 'इलेक्ट्रॉन', ज्याचा अर्थ 'अंबर' आहे, जो विद्युत चार्जचा एक प्राचीन स्त्रोत आहे.
व्युत्क्रम सममिती असलेल्या क्रिस्टलीय पदार्थांच्या यांत्रिक आणि विद्युतीय अवस्थांमधील रेखीय इलेक्ट्रोमेकॅनिकल परस्परसंवादाचा परिणाम पायझोइलेक्ट्रिक परिणाम होतो. ही एक उलट करता येणारी प्रक्रिया आहे, याचा अर्थ असा की पीझोइलेक्ट्रीसिटी प्रदर्शित करणारी सामग्री देखील रिव्हर्स पीझोइलेक्ट्रिक प्रभाव प्रदर्शित करते, जी लागू केलेल्या विद्युत क्षेत्रामुळे उद्भवणारी यांत्रिक ताणाची अंतर्गत निर्मिती आहे. उदाहरणार्थ, लीड झिरकोनेट टायटॅनेट क्रिस्टल्स मोजता येण्याजोगे पीझोइलेक्ट्रिकिटी निर्माण करतात जेव्हा त्यांची स्थिर रचना मूळ परिमाणापासून विकृत होते. याउलट, जेव्हा बाह्य विद्युत क्षेत्र लागू केले जाते, तेव्हा क्रिस्टल्स उलट पायझोइलेक्ट्रिक प्रभावामध्ये त्यांचे स्थिर परिमाण बदलतात, अल्ट्रासाऊंड लहरी निर्माण करतात.
पिझोइलेक्ट्रिक प्रभावाचा शोध 1880 मध्ये फ्रेंच भौतिकशास्त्रज्ञ जॅक आणि पियरे क्युरी यांनी लावला. ध्वनीचे उत्पादन आणि शोध, पायझोइलेक्ट्रिक इंकजेट प्रिंटिंग, उच्च व्होल्टेज वीज निर्मिती, घड्याळ जनरेटर, आणि ऑप्टिकल असेंब्लीच्या अल्ट्राफाइन फोकसिंगसाठी मायक्रोबॅलेन्स आणि ड्राईव्ह अल्ट्रासोनिक नोझल्स सारख्या इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांसह विविध उपयुक्त अनुप्रयोगांसाठी याचा वापर केला जातो. हे स्कॅनिंग प्रोब मायक्रोस्कोपसाठी आधार देखील बनवते, ज्याचा वापर अणूंच्या स्केलवर प्रतिमा सोडवण्यासाठी केला जातो. पीझोइलेक्ट्रिकिटीचा वापर इलेक्ट्रॉनिकली अॅम्प्लीफाईड गिटार आणि आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक ड्रमसाठी ट्रिगर करण्यासाठी पिकअपमध्ये देखील केला जातो.
पिझोइलेक्ट्रिकिटीचा स्वयंपाक आणि गरम साधने, टॉर्च, सिगारेट लाइटर आणि बरेच काही मध्ये गॅस प्रज्वलित करण्यासाठी स्पार्क निर्माण करण्यासाठी दररोजचा वापर आढळतो. पायरोइलेक्ट्रिक प्रभाव, जो तापमान बदलाच्या प्रतिसादात विद्युत क्षमतेचे उत्पादन आहे, याचा अभ्यास कार्ल लिनिअस आणि फ्रांझ एपिनस यांनी 18 व्या शतकाच्या मध्यात केला होता, रेने हाई आणि अँटोइन सीझर बेकरेल यांच्या ज्ञानावर रेखाटले होते ज्यांनी यांत्रिक ताण आणि इलेक्ट्रिक चार्ज. तथापि, त्यांचे प्रयोग अनिर्णित सिद्ध झाले.
स्कॉटलंडमधील हंटेरियन म्युझियममधील पायझो क्रिस्टल आणि क्युरी कम्पेन्सेटरचे दृश्य थेट पीझोइलेक्ट्रिक प्रभाव दर्शवतात. पियरे आणि जॅक क्युरी या बंधूंचे कार्य होते ज्यांनी पिझोइलेक्ट्रिकिटीचे प्रदर्शन करणार्‍या क्रिस्टल संरचनांचा शोध लावला आणि त्यांची व्याख्या केली, वोल्डेमार व्होइग्टच्या लेहरबुच डेर क्रिस्टालफिजिक (क्रिस्टल भौतिकशास्त्राचे पाठ्यपुस्तक) प्रकाशित झाले. यात पायझोइलेक्ट्रिकिटीसाठी सक्षम असलेल्या नैसर्गिक क्रिस्टल वर्गांचे वर्णन केले गेले आणि टेन्सर विश्लेषणाद्वारे पायझोइलेक्ट्रिक स्थिरांकांची कठोरपणे व्याख्या केली गेली, ज्यामुळे पायझोइलेक्ट्रिक उपकरणांच्या व्यावहारिक वापरास अनुमती मिळते.
सोनार पहिल्या महायुद्धादरम्यान फ्रान्सच्या पॉल लॅन्गेविन आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी विकसित केले होते, ज्यांनी अल्ट्रासोनिक पाणबुडी शोधक विकसित केले होते. डिटेक्टरमध्ये स्टील प्लेट्सवर काळजीपूर्वक चिकटलेल्या पातळ क्वार्ट्ज क्रिस्टल्सपासून बनविलेले ट्रान्सड्यूसर आणि परत आलेला प्रतिध्वनी शोधण्यासाठी हायड्रोफोनचा समावेश होता. ट्रान्सड्यूसरमधून उच्च फ्रिक्वेंसी पल्स उत्सर्जित करून आणि एखाद्या वस्तूवरून उसळणाऱ्या ध्वनी लहरींचा प्रतिध्वनी ऐकण्यासाठी लागणारा वेळ मोजून, ते त्या वस्तूचे अंतर मोजू शकले. हा सोनार यशस्वी करण्यासाठी त्यांनी पीझोइलेक्ट्रिकचा वापर केला. या प्रकल्पामुळे अनेक दशकांपासून पीझोइलेक्ट्रिक उपकरणांमध्ये तीव्र विकास आणि स्वारस्य निर्माण झाले.
पायरोइलेक्ट्रिसिटी
पीझोइलेक्ट्रिसिटी म्हणजे लागू केलेल्या यांत्रिक तणावाच्या प्रतिसादात विद्युत चार्ज जमा करण्याची विशिष्ट सामग्रीची क्षमता. हे व्युत्क्रम सममिती असलेल्या क्रिस्टलीय पदार्थांच्या यांत्रिक आणि विद्युतीय अवस्थांमधील एक रेखीय इलेक्ट्रोमेकॅनिकल परस्परसंवाद आहे. “पीझोइलेक्ट्रिकिटी” हा शब्द ग्रीक शब्द “पिझेइन” वरून आला आहे, ज्याचा अर्थ “पिळणे किंवा दाबणे” आणि ग्रीक शब्द “एलेकट्रॉन”, ज्याचा अर्थ “अंबर” आहे, जो विद्युत चार्जचा एक प्राचीन स्त्रोत आहे.
1880 मध्ये फ्रेंच भौतिकशास्त्रज्ञ जॅक आणि पियरे क्युरी यांनी पायझोइलेक्ट्रिक प्रभावाचा शोध लावला. ही एक उलट करता येण्याजोगी प्रक्रिया आहे, याचा अर्थ असा की पायझोइलेक्ट्रिक प्रभाव प्रदर्शित करणारी सामग्री देखील रिव्हर्स पायझोइलेक्ट्रिक प्रभाव प्रदर्शित करते, जो लागू केलेल्या विद्युत क्षेत्रामुळे उद्भवणाऱ्या यांत्रिक ताणाची अंतर्गत निर्मिती आहे. मोजता येण्याजोगे पायझोइलेक्ट्रिकिटी निर्माण करणाऱ्या पदार्थांच्या उदाहरणांमध्ये लीड झिरकोनेट टायटेनेट क्रिस्टल्सचा समावेश होतो. जेव्हा स्थिर रचना विकृत होते, तेव्हा ती त्याच्या मूळ आकारात परत येते. याउलट, जेव्हा बाह्य विद्युत क्षेत्र लागू केले जाते, तेव्हा व्यस्त पायझोइलेक्ट्रिक प्रभाव तयार होतो, परिणामी अल्ट्रासाऊंड लहरींचे उत्पादन होते.
पीझोइलेक्ट्रिक इफेक्टचा वापर अनेक उपयुक्त अनुप्रयोगांसाठी केला जातो, ज्यामध्ये ध्वनी उत्पादन आणि शोधणे, पायझोइलेक्ट्रिक इंकजेट प्रिंटिंग, उच्च व्होल्टेज वीज निर्मिती, घड्याळ जनरेटर आणि इलेक्ट्रॉनिक उपकरणे जसे की मायक्रोबॅलेन्स, ड्राइव्ह अल्ट्रासोनिक नोझल्स आणि अल्ट्राफाइन फोकसिंग ऑप्टिकल असेंब्ली यांचा समावेश आहे. हे स्कॅनिंग प्रोब मायक्रोस्कोपसाठी देखील आधार आहे, ज्याचा वापर अणूंच्या स्केलवर प्रतिमा सोडवण्यासाठी केला जातो. पीझोइलेक्ट्रिकिटीचा वापर इलेक्ट्रॉनिकली अॅम्प्लीफाईड गिटारसाठी पिकअपमध्ये आणि आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक ड्रमसाठी ट्रिगरमध्ये देखील केला जातो.
पीझोइलेक्ट्रिकिटी दैनंदिन वापर शोधते, जसे की स्वयंपाक आणि गरम उपकरणे, टॉर्च, सिगारेट लाइटर आणि बरेच काही मध्ये गॅस पेटवण्यासाठी स्पार्क निर्माण करणे. पायरोइलेक्ट्रिक प्रभाव, जो तापमान बदलाच्या प्रतिसादात विद्युत क्षमतेचे उत्पादन आहे, याचा अभ्यास कार्ल लिनियस आणि फ्रांझ एपिनस यांनी 18 व्या शतकाच्या मध्यात केला होता, ज्याने रेने हाई आणि अँटोइन सीझर बेकरेल यांच्या ज्ञानावर रेखाटले होते, ज्यांनी संबंध ठेवला होता. यांत्रिक ताण आणि इलेक्ट्रिक चार्ज दरम्यान. तथापि, प्रयोग अनिर्णित सिद्ध झाले.
स्कॉटलंडमधील क्युरी कम्पेन्सेटर म्युझियममध्ये पायझो क्रिस्टलचे दृश्य थेट पायझोइलेक्ट्रिक प्रभावाचे प्रात्यक्षिक आहे. पियरे आणि जॅक क्युरी या बंधूंनी पायरोइलेक्ट्रिकिटीबद्दलचे त्यांचे ज्ञान आणि पायाभूत क्रिस्टल स्ट्रक्चर्सची त्यांची समज एकत्रित करून पायरोइलेक्ट्रिकिटीची समज वाढवली आणि क्रिस्टल वर्तनाचा अंदाज लावला. टूमलाइन, क्वार्ट्ज, पुष्कराज, उसाची साखर आणि रोशेल मीठ यांसारख्या क्रिस्टल्सच्या प्रभावामध्ये हे दिसून आले. सोडियम पोटॅशियम टार्ट्रेट टेट्राहाइड्रेट आणि क्वार्ट्ज पिझोइलेक्ट्रिकिटी प्रदर्शित करण्यासाठी आढळले आणि विकृत झाल्यावर व्होल्टेज निर्माण करण्यासाठी पिझोइलेक्ट्रिक डिस्कचा वापर केला गेला. क्युरींनी कॉन्व्हर्स पीझोइलेक्ट्रिक प्रभावाचा अंदाज लावण्यासाठी हे अतिशयोक्तीपूर्ण केले. 1881 मध्ये गॅब्रिएल लिप्पमन यांनी केलेल्या मूलभूत थर्मोडायनामिक तत्त्वांद्वारे परस्पर परिणाम गणितीयपणे काढला गेला.
क्युरींनी ताबडतोब कॉन्व्हर्स इफेक्टच्या अस्तित्वाची पुष्टी केली, आणि पीझोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल्समधील इलेक्ट्रो-इलास्टो-मेकॅनिकल विकृतीच्या संपूर्ण उलटतेचा परिमाणात्मक पुरावा मिळवला. त्यानंतरच्या दशकांमध्ये, पियरे आणि मेरी क्युरी यांनी पोलोनियम आणि रेडियमच्या शोधात एक महत्त्वपूर्ण साधन बनले नाही तोपर्यंत पीझोइलेक्ट्रिकिटी ही प्रयोगशाळेची उत्सुकता होती. पीझोइलेक्ट्रिकिटीचे प्रदर्शन करणार्‍या क्रिस्टल स्ट्रक्चर्सचे अन्वेषण आणि व्याख्या करण्याचे त्यांचे कार्य वोल्डेमार व्होइग्टच्या लेहरबुच डेर क्रिस्टालफिसिक (क्रिस्टल भौतिकशास्त्राचे पाठ्यपुस्तक) च्या प्रकाशनात संपले.
सोनारचा विकास यशस्वी झाला आणि प्रकल्पामुळे पीझोइलेक्ट्रिक उपकरणांमध्ये तीव्र विकास आणि स्वारस्य निर्माण झाले. त्यानंतरच्या दशकांमध्ये, नवीन पायझोइलेक्ट्रिक सामग्री आणि या सामग्रीसाठी नवीन अनुप्रयोग शोधले गेले आणि विकसित केले गेले. पायझोइलेक्ट्रिक उपकरणांना सिरेमिक फोनोग्राफ काडतुसे सारख्या अनेक क्षेत्रात घरे सापडली, ज्याने प्लेअर डिझाइन सोपे केले आणि स्वस्त, अधिक अचूक रेकॉर्ड प्लेअर बनवले जे देखरेखीसाठी स्वस्त आणि तयार करणे सोपे होते. प्रचंड कंपनसंख्या असलेल्या (ध्वनिलहरी) ट्रान्सड्यूसरच्या विकासामुळे द्रव आणि घन पदार्थांच्या स्निग्धता आणि लवचिकतेचे सहज मोजमाप करण्याची परवानगी मिळाली, परिणामी साहित्य संशोधनात मोठी प्रगती झाली. प्रचंड कंपनसंख्या असलेल्या (ध्वनिलहरी) टाइम डोमेन रिफ्लेक्टोमीटर सामग्रीमध्ये अल्ट्रासोनिक पल्स पाठवतात आणि कास्ट मेटल आणि स्टोन ऑब्जेक्ट्समधील त्रुटी शोधण्यासाठी प्रतिबिंब आणि खंड मोजतात, ज्यामुळे संरचनात्मक सुरक्षितता सुधारते.
दुसऱ्या महायुद्धानंतर, युनायटेड स्टेट्स, रशिया आणि जपानमधील स्वतंत्र संशोधन गटांनी फेरोइलेक्ट्रिक्स नावाच्या सिंथेटिक सामग्रीचा एक नवीन वर्ग शोधला, ज्यामध्ये पायझोइलेक्ट्रिक स्थिरांक प्रदर्शित होते.
पायझोइलेक्ट्रिक साहित्य
या विभागात, मी पीझोइलेक्ट्रिक प्रभाव प्रदर्शित करणार्‍या सामग्रीबद्दल चर्चा करणार आहे, जे लागू केलेल्या यांत्रिक तणावाच्या प्रतिसादात विद्युत चार्ज जमा करण्याची विशिष्ट सामग्रीची क्षमता आहे. मी क्रिस्टल्स, सिरॅमिक्स, जैविक पदार्थ, हाडे, डीएनए आणि प्रथिने आणि ते सर्व पायझोइलेक्ट्रिक प्रभावाला कसा प्रतिसाद देतात हे पाहत आहे.
क्रिस्टल्स
पीझोइलेक्ट्रिसिटी म्हणजे लागू केलेल्या यांत्रिक तणावाच्या प्रतिसादात विद्युत चार्ज जमा करण्याची विशिष्ट सामग्रीची क्षमता. piezoelectricity हा शब्द ग्रीक शब्द πιέζειν (piezein) या शब्दापासून बनला आहे, ज्याचा अर्थ 'स्क्वीझ' किंवा 'प्रेस' आणि ἤλεκτρον (ēlektron) म्हणजे 'अंबर', विद्युत चार्जचा एक प्राचीन स्रोत. पिझोइलेक्ट्रिक सामग्रीमध्ये क्रिस्टल्स, सिरॅमिक्स, जैविक पदार्थ, हाडे, डीएनए आणि प्रथिने यांचा समावेश होतो.
पिझोइलेक्ट्रिकिटी ही उलथापालथ सममिती असलेल्या क्रिस्टलीय पदार्थांमधील यांत्रिक आणि विद्युत अवस्थांमधील एक रेखीय इलेक्ट्रोमेकॅनिकल परस्परसंवाद आहे. हा परिणाम उलट करता येण्याजोगा आहे, याचा अर्थ पीझोइलेक्ट्रिकिटी प्रदर्शित करणारी सामग्री देखील रिव्हर्स पीझोइलेक्ट्रिक प्रभाव दर्शविते, जो लागू केलेल्या विद्युत क्षेत्रामुळे उद्भवणारी यांत्रिक ताणाची अंतर्गत निर्मिती आहे. मोजता येण्याजोगे पीझोइलेक्ट्रिकिटी निर्माण करणार्‍या सामग्रीच्या उदाहरणांमध्ये लीड झिरकोनेट टायटेनेट क्रिस्टल्सचा समावेश होतो, जे त्यांच्या मूळ परिमाणात विकृत होऊ शकतात किंवा त्याउलट, बाह्य विद्युत क्षेत्र लागू केल्यावर त्यांचे स्थिर परिमाण बदलू शकतात. याला इन्व्हर्स पायझोइलेक्ट्रिक प्रभाव म्हणून ओळखले जाते आणि अल्ट्रासाऊंड लहरी तयार करण्यासाठी वापरले जाते.
फ्रेंच भौतिकशास्त्रज्ञ जॅक आणि पियरे क्युरी यांनी 1880 मध्ये पीझोइलेक्ट्रिकिटी शोधून काढली. पीझोइलेक्ट्रिक इफेक्टचा उपयोग विविध उपयुक्त ऍप्लिकेशन्ससाठी केला गेला आहे, ज्यामध्ये ध्वनीचे उत्पादन आणि शोध, पिझोइलेक्ट्रिक इंकजेट प्रिंटिंग, उच्च व्होल्टेज वीज निर्मिती, घड्याळ जनरेटर आणि इलेक्ट्रॉनिक उपकरणे यांचा समावेश आहे. मायक्रोबॅलेन्स, ड्राईव्ह अल्ट्रासोनिक नोजल आणि अल्ट्राफाइन फोकसिंग ऑप्टिकल असेंब्ली म्हणून. हे स्कॅनिंग प्रोब मायक्रोस्कोपसाठी आधार देखील बनवते, ज्याचा वापर अणूंच्या स्केलवर प्रतिमा सोडवण्यासाठी केला जातो. पीझोइलेक्ट्रिक पिकअपचा वापर इलेक्ट्रॉनिकली अॅम्प्लीफाईड गिटार आणि आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक ड्रममध्ये ट्रिगरमध्ये देखील केला जातो.
पिझोइलेक्ट्रिकिटीचा स्वयंपाक आणि गरम उपकरणांमध्ये तसेच टॉर्च आणि सिगारेट लाइटरमध्ये गॅस प्रज्वलित करण्यासाठी स्पार्क निर्माण करण्यासाठी दररोजचा वापर आढळतो. पायरोइलेक्ट्रिक प्रभाव, जो तापमान बदलाच्या प्रतिसादात विद्युत क्षमता निर्माण करतो, याचा अभ्यास कार्ल लिनिअस आणि फ्रांझ एपिनस यांनी 18 व्या शतकाच्या मध्यात केला होता, रेने हाई आणि अँटोनी सेझर बेकरेल यांच्या ज्ञानावर आधारित, ज्यांनी यांत्रिकी दरम्यान संबंध ठेवला होता. ताण आणि इलेक्ट्रिक चार्ज. हा सिद्धांत सिद्ध करणारे प्रयोग अनिर्णित होते.
स्कॉटलंडमधील हंटेरियन म्युझियममधील क्युरी कम्पेन्सेटरमधील पायझो क्रिस्टलचे दृश्य थेट पीझोइलेक्ट्रिक प्रभावाचे प्रात्यक्षिक आहे. पियरे आणि जॅक क्युरी या बंधूंनी पायरोइलेक्ट्रिकिटीचे त्यांचे ज्ञान अंतर्निहित क्रिस्टल स्ट्रक्चर्सच्या आकलनासह एकत्रित केले ज्यामुळे पायरोइलेक्ट्रिकिटीचा अंदाज आला. ते क्रिस्टलच्या वर्तनाचा अंदाज लावण्यात सक्षम होते आणि टूमलाइन, क्वार्ट्ज, पुष्कराज, उसाची साखर आणि रोशेल मीठ यांसारख्या क्रिस्टल्समधील प्रभाव प्रदर्शित केले. सोडियम पोटॅशियम टार्ट्रेट टेट्राहाइड्रेट आणि क्वार्ट्ज देखील पीझोइलेक्ट्रिकिटी प्रदर्शित करतात. पिझोइलेक्ट्रिक डिस्क विकृत झाल्यावर व्होल्टेज निर्माण करते; क्युरीजच्या प्रात्यक्षिकात आकारातील बदल अतिशयोक्तीपूर्ण आहे.
ते कॉन्व्हर्स पीझोइलेक्ट्रिक प्रभावाचा अंदाज लावण्यास आणि त्यामागील मूलभूत थर्मोडायनामिक तत्त्वे गणितीयपणे काढण्यास सक्षम होते. 1881 मध्ये गॅब्रिएल लिप्पमन यांनी हे केले. क्युरींनी ताबडतोब संभाषण परिणामाच्या अस्तित्वाची पुष्टी केली आणि पीझोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल्समधील इलेक्ट्रो-इलास्टो-मेकॅनिकल विकृतीच्या संपूर्ण उलटतेचा परिमाणात्मक पुरावा मिळवला.
अनेक दशकांपर्यंत, पीझोइलेक्ट्रिकिटी ही प्रयोगशाळेची उत्सुकता राहिली, परंतु पियरे आणि मेरी क्युरी यांनी पोलोनियम आणि रेडियमच्या शोधात ते एक महत्त्वाचे साधन होते. पीझोइलेक्ट्रीसिटीचे प्रदर्शन करणार्‍या क्रिस्टल स्ट्रक्चर्सचे अन्वेषण आणि व्याख्या करण्याचे त्यांचे कार्य वोल्डेमार व्होइग्टच्या लेहरबुच डेर क्रिस्टालफिजिक (क्रिस्टल भौतिकशास्त्राचे पाठ्यपुस्तक) च्या प्रकाशनात संपले, ज्यामध्ये पीझोइलेक्ट्रिकिटीसाठी सक्षम असलेल्या नैसर्गिक क्रिस्टल वर्गांचे वर्णन करण्यात आले आहे आणि पिझोइलेक्ट्रिकटीचा वापर करून कठोरपणे परिभाषित केले आहे.
सोनारमधील पायझोइलेक्ट्रिक उपकरणांचा व्यावहारिक उपयोग पहिल्या महायुद्धादरम्यान विकसित झाला. फ्रान्समध्ये पॉल लॅन्गेव्हिन आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी अल्ट्रासोनिक पाणबुडी डिटेक्टर विकसित केले. या डिटेक्टरमध्ये उच्च फ्रिक्वेंसी पल्स उत्सर्जित केल्यानंतर परत येणारा प्रतिध्वनी शोधण्यासाठी स्टीलच्या प्लेट्सवर काळजीपूर्वक चिकटलेल्या पातळ क्वार्ट्ज क्रिस्टल्सपासून बनविलेले ट्रान्सड्यूसर होते, ज्याला हायड्रोफोन म्हणतात. एखाद्या वस्तूवरून उसळणाऱ्या ध्वनी लहरींचा प्रतिध्वनी ऐकण्यासाठी लागणारा वेळ मोजून ते त्या वस्तूचे अंतर मोजू शकले. सोनारमध्ये पीझोइलेक्‍ट्रिकटीचा हा वापर यशस्वी ठरला आणि या प्रकल्पामुळे अनेक दशकांमध्ये पीझोइलेक्ट्रिक उपकरणांमध्ये तीव्र विकास आणि रूची निर्माण झाली.
मातीची भांडी
पायझोइलेक्ट्रिक पदार्थ हे घन पदार्थ आहेत जे लागू केलेल्या यांत्रिक तणावाच्या प्रतिसादात विद्युत चार्ज जमा करतात. Piezoelectricity हा ग्रीक शब्द πιέζειν (piezein) म्हणजे 'स्क्वीझ' किंवा 'प्रेस' आणि ἤλεκτρον (ēlektron) म्हणजे 'अंबर', इलेक्ट्रिक चार्जचा एक प्राचीन स्रोत यावरून आला आहे. पिझोइलेक्ट्रिक मटेरियलचा वापर विविध ऍप्लिकेशन्समध्ये केला जातो, ज्यामध्ये ध्वनीचे उत्पादन आणि शोध, पिझोइलेक्ट्रिक इंकजेट प्रिंटिंग आणि उच्च व्होल्टेज वीज निर्मिती समाविष्ट आहे.
पायझोइलेक्ट्रिक पदार्थ क्रिस्टल्स, सिरॅमिक्स, जैविक पदार्थ, हाडे, डीएनए आणि प्रथिने आढळतात. सिरॅमिक्स ही दैनंदिन वापरात वापरली जाणारी सर्वात सामान्य पिझोइलेक्ट्रिक सामग्री आहे. सिरॅमिक्स मेटल ऑक्साईड्सच्या मिश्रणापासून बनवले जातात, जसे की लीड झिरकोनेट टायटेनेट (पीझेडटी), जे घन बनण्यासाठी उच्च तापमानाला गरम केले जातात. सिरॅमिक्स अत्यंत टिकाऊ असतात आणि ते अति तापमान आणि दाब सहन करू शकतात.
पायझोइलेक्ट्रिक सिरॅमिक्सचे विविध उपयोग आहेत, ज्यात खालील गोष्टींचा समावेश आहे:
• टॉर्च आणि सिगारेट लाइटर यांसारख्या स्वयंपाक आणि गरम उपकरणांसाठी गॅस प्रज्वलित करण्यासाठी स्पार्क निर्माण करणे.
• वैद्यकीय इमेजिंगसाठी अल्ट्रासाऊंड लहरी निर्माण करणे.
• घड्याळ जनरेटर आणि इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांसाठी उच्च व्होल्टेज वीज निर्माण करणे.
• अचूक वजनात वापरण्यासाठी सूक्ष्म संतुलन निर्माण करणे.
• ऑप्टिकल असेंब्लीच्या अल्ट्राफाइन फोकसिंगसाठी अल्ट्रासोनिक नोजल चालवणे.
• स्कॅनिंग प्रोब मायक्रोस्कोपसाठी आधार तयार करणे, जे अणूंच्या स्केलवर प्रतिमांचे निराकरण करू शकते.
• आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक ड्रम्ससाठी इलेक्ट्रॉनिकली अॅम्प्लीफाईड गिटार आणि ट्रिगरसाठी पिकअप.
पीझोइलेक्ट्रिक सिरॅमिक्सचा वापर ग्राहक इलेक्ट्रॉनिक्सपासून ते वैद्यकीय इमेजिंगपर्यंतच्या विस्तृत अनुप्रयोगांमध्ये केला जातो. ते अत्यंत टिकाऊ असतात आणि अति तापमान आणि दाबांचा सामना करू शकतात, ज्यामुळे ते विविध उद्योगांमध्ये वापरण्यासाठी आदर्श बनतात.
जैविक पदार्थ
पीझोइलेक्ट्रिसिटी म्हणजे लागू केलेल्या यांत्रिक तणावाच्या प्रतिसादात विद्युत चार्ज जमा करण्याची विशिष्ट सामग्रीची क्षमता. हे ग्रीक शब्द 'piezein' वरून आले आहे, ज्याचा अर्थ 'पिळणे किंवा दाबणे' आणि 'élektron', म्हणजे 'अंबर', विद्युत चार्जचा एक प्राचीन स्त्रोत.
हाडे, डीएनए आणि प्रथिने यांसारखे जैविक पदार्थ पीझोइलेक्ट्रिकिटी दर्शविणाऱ्या पदार्थांपैकी आहेत. हा परिणाम उलट करता येण्याजोगा आहे, याचा अर्थ असा की पीझोइलेक्ट्रिकिटी दर्शविणारी सामग्री देखील रिव्हर्स पीझोइलेक्ट्रिक प्रभाव प्रदर्शित करते, जो लागू केलेल्या विद्युत क्षेत्रामुळे उद्भवणारी यांत्रिक ताणाची अंतर्गत निर्मिती आहे. या पदार्थांच्या उदाहरणांमध्ये लीड झिरकोनेट टायटेनेट क्रिस्टल्सचा समावेश होतो, जे त्यांच्या मूळ परिमाणापासून स्थिर संरचना विकृत झाल्यावर मोजता येण्याजोगे पीझोइलेक्ट्रिकिटी निर्माण करतात. याउलट, जेव्हा बाह्य विद्युत क्षेत्र लागू केले जाते, तेव्हा क्रिस्टल्स त्यांचे स्थिर परिमाण बदलतात, उलट पायझोइलेक्ट्रिक प्रभावाद्वारे अल्ट्रासाऊंड लहरी निर्माण करतात.
1880 मध्ये फ्रेंच भौतिकशास्त्रज्ञ जॅक आणि पियरे क्युरी यांनी पीझोइलेक्ट्रिकिटीचा शोध लावला होता. तेव्हापासून त्याचा उपयोग विविध उपयुक्त अनुप्रयोगांसाठी केला जात आहे, जसे की:
• आवाजाचे उत्पादन आणि शोध
• पिझोइलेक्ट्रिक इंकजेट प्रिंटिंग
• उच्च व्होल्टेज वीज निर्मिती
• घड्याळ जनरेटर
• इलेक्ट्रॉनिक उपकरणे
• सूक्ष्म संतुलन
• प्रचंड कंपनसंख्या असलेल्या (ध्वनिलहरी) नोजल चालवा
• अल्ट्राफाईन फोकसिंग ऑप्टिकल असेंब्ली
• स्कॅनिंग प्रोब मायक्रोस्कोपचा आधार बनवते
• अणूंच्या प्रमाणात प्रतिमांचे निराकरण करा
• इलेक्ट्रॉनिकली अॅम्प्लीफाईड गिटारमध्ये पिकअप
• आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक ड्रममध्ये ट्रिगर
पिझोइलेक्ट्रिकिटीचा वापर दैनंदिन वस्तू जसे की गॅस स्वयंपाक आणि गरम करणारी उपकरणे, टॉर्च, सिगारेट लाइटर आणि बरेच काही मध्ये केला जातो. पायरोइलेक्ट्रिक प्रभाव, जो तापमान बदलाच्या प्रतिसादात विद्युत क्षमतेचे उत्पादन आहे, याचा अभ्यास कार्ल लिनियस आणि फ्रांझ एपिनस यांनी 18 व्या शतकाच्या मध्यात केला होता. René Haüy आणि Antoine César Becquerel यांच्या ज्ञानावर आधारित, त्यांनी यांत्रिक ताण आणि विद्युत शुल्क यांच्यातील संबंध दर्शविला, परंतु त्यांचे प्रयोग अनिर्णित सिद्ध झाले.
स्कॉटलंडमधील हंटेरियन म्युझियममधील क्युरी कम्पेन्सेटरमधील पायझो क्रिस्टलचे दृश्य थेट पायझोइलेक्ट्रिक प्रभावाचे प्रात्यक्षिक आहे. पियरे आणि जॅक क्युरी या बंधूंनी पायरोइलेक्ट्रिकिटीचे त्यांचे ज्ञान आणि पायाभूत क्रिस्टल स्ट्रक्चर्सची त्यांची समज एकत्र करून पायरोइलेक्ट्रिकिटीचा अंदाज लावला आणि क्रिस्टल वर्तनाचा अंदाज लावला. टूमलाइन, क्वार्ट्ज, पुष्कराज, उसाची साखर आणि रोशेल मीठ यांसारख्या क्रिस्टल्सच्या प्रभावाने हे दिसून आले. सोडियम आणि पोटॅशियम टार्ट्रेट टेट्राहाइड्रेट आणि क्वार्ट्ज देखील पीझोइलेक्ट्रिकिटी प्रदर्शित करतात आणि विकृत झाल्यावर व्होल्टेज निर्माण करण्यासाठी पिझोइलेक्ट्रिक डिस्कचा वापर केला जातो. क्युरींनी कंव्हर्स पीझोइलेक्ट्रिक प्रभावाचा अंदाज लावण्यासाठी हा परिणाम अतिशयोक्तीपूर्ण केला होता. 1881 मध्ये गॅब्रिएल लिप्पमन यांनी केलेल्या मूलभूत थर्मोडायनामिक तत्त्वांवरून गणितीयदृष्ट्या उलट परिणाम काढण्यात आला.
क्युरींनी ताबडतोब कॉन्व्हर्स इफेक्टच्या अस्तित्वाची पुष्टी केली, आणि पीझोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल्समधील इलेक्ट्रो-इलास्टो-मेकॅनिकल विकृतीच्या संपूर्ण उलटतेचा परिमाणात्मक पुरावा मिळवला. पियरे आणि मेरी क्युरी यांनी पोलोनियम आणि रेडियमच्या शोधात एक महत्त्वपूर्ण साधन बनले नाही तोपर्यंत पीझोइलेक्ट्रिकिटी ही प्रयोगशाळेतील उत्सुकता राहिली. पीझोइलेक्ट्रिकिटीचे प्रदर्शन करणार्‍या क्रिस्टल स्ट्रक्चर्सचे अन्वेषण आणि व्याख्या करण्याचे त्यांचे कार्य वोल्डेमार व्होइग्टच्या 'लेहरबुच डेर क्रिस्टालफिजिक' (क्रिस्टल भौतिकशास्त्राचे पाठ्यपुस्तक) च्या प्रकाशनात कळाले.
हाड
पीझोइलेक्ट्रिसिटी म्हणजे लागू केलेल्या यांत्रिक तणावाच्या प्रतिसादात विद्युत चार्ज जमा करण्याची विशिष्ट सामग्रीची क्षमता. हाड ही अशी एक सामग्री आहे जी ही घटना दर्शवते.
हाडे हा एक प्रकारचा जैविक पदार्थ आहे जो कोलेजन, कॅल्शियम आणि फॉस्फरससह प्रथिने आणि खनिजे बनलेला असतो. हे सर्व जैविक पदार्थांपैकी सर्वात पायझोइलेक्ट्रिक आहे आणि यांत्रिक तणावाच्या अधीन असताना व्होल्टेज निर्माण करण्यास सक्षम आहे.
हाडांमधील पायझोइलेक्ट्रिक प्रभाव त्याच्या अद्वितीय संरचनेचा परिणाम आहे. हे कोलेजन तंतूंच्या नेटवर्कचे बनलेले आहे जे खनिजांच्या मॅट्रिक्समध्ये एम्बेड केलेले आहे. जेव्हा हाडांवर यांत्रिक ताण येतो, तेव्हा कोलेजन तंतू हलतात, ज्यामुळे खनिजांचे ध्रुवीकरण होते आणि विद्युत चार्ज निर्माण होतो.
हाडांमधील पायझोइलेक्ट्रिक प्रभावामध्ये अनेक व्यावहारिक अनुप्रयोग आहेत. हे वैद्यकीय इमेजिंगमध्ये वापरले जाते, जसे की अल्ट्रासाऊंड आणि एक्स-रे इमेजिंग, हाडांचे फ्रॅक्चर आणि इतर विकृती शोधण्यासाठी. हे हाडांच्या वहन श्रवण यंत्रांमध्ये देखील वापरले जाते, जे पीझोइलेक्ट्रिक प्रभाव वापरून ध्वनी लहरींना विद्युत सिग्नलमध्ये रूपांतरित करतात जे थेट आतील कानात पाठवले जातात.
हाडांमधील पायझोइलेक्ट्रिक प्रभाव ऑर्थोपेडिक रोपणांमध्ये देखील वापरला जातो, जसे की कृत्रिम सांधे आणि कृत्रिम अवयव. इम्प्लांट पीझोइलेक्ट्रिक इफेक्टचा वापर यांत्रिक ऊर्जेला विद्युत उर्जेमध्ये रूपांतरित करण्यासाठी करतात, ज्याचा वापर नंतर डिव्हाइसला शक्ती देण्यासाठी केला जातो.
याव्यतिरिक्त, नवीन वैद्यकीय उपचारांच्या विकासासाठी वापरण्यासाठी हाडांमधील पायझोइलेक्ट्रिक प्रभावाचा शोध घेतला जात आहे. उदाहरणार्थ, संशोधक हाडांच्या वाढीला चालना देण्यासाठी आणि खराब झालेल्या ऊतींची दुरुस्ती करण्यासाठी पीझोइलेक्ट्रिकिटीच्या वापराची तपासणी करत आहेत.
एकंदरीत, हाडांमधील पायझोइलेक्ट्रिक प्रभाव ही व्यावहारिक अनुप्रयोगांच्या विस्तृत श्रेणीसह एक आकर्षक घटना आहे. हे विविध वैद्यकीय आणि तांत्रिक अनुप्रयोगांमध्ये वापरले जात आहे आणि नवीन उपचारांच्या विकासासाठी वापरण्यासाठी शोधले जात आहे.
डीएनए
पीझोइलेक्ट्रिसिटी म्हणजे लागू केलेल्या यांत्रिक तणावाच्या प्रतिसादात विद्युत चार्ज जमा करण्याची विशिष्ट सामग्रीची क्षमता. डीएनए ही अशी एक सामग्री आहे जी हा प्रभाव दर्शवते. डीएनए हा एक जैविक रेणू आहे जो सर्व सजीवांमध्ये आढळतो आणि तो चार न्यूक्लियोटाइड बेसपासून बनलेला आहे: अॅडेनाइन (ए), ग्वानिन (जी), सायटोसिन (सी) आणि थायमिन (टी).
डीएनए हा एक जटिल रेणू आहे ज्याचा वापर यांत्रिक तणावाच्या अधीन असताना इलेक्ट्रिक चार्ज तयार करण्यासाठी केला जाऊ शकतो. हे या वस्तुस्थितीमुळे आहे की डीएनए रेणू न्यूक्लियोटाइड्सच्या दोन पट्ट्यांपासून बनलेले असतात जे हायड्रोजन बंधांनी एकत्र असतात. जेव्हा हे बंध तुटतात तेव्हा विद्युत चार्ज तयार होतो.
डीएनएचा पीझोइलेक्ट्रिक प्रभाव विविध अनुप्रयोगांमध्ये वापरला गेला आहे, यासह:
• वैद्यकीय प्रत्यारोपणासाठी वीज निर्मिती
• पेशींमधील यांत्रिक शक्ती शोधणे आणि मोजणे
• नॅनोस्केल सेन्सर्स विकसित करणे
• DNA अनुक्रमासाठी बायोसेन्सर तयार करणे
• इमेजिंगसाठी अल्ट्रासाऊंड लहरी निर्माण करणे
नॅनोवायर आणि नॅनोट्यूब सारख्या नवीन सामग्रीच्या विकासामध्ये त्याच्या संभाव्य वापरासाठी डीएनएच्या पिझोइलेक्ट्रिक प्रभावाचा देखील शोध घेतला जात आहे. ही सामग्री ऊर्जा साठवण आणि सेन्सिंगसह विविध अनुप्रयोगांसाठी वापरली जाऊ शकते.
डीएनएच्या पिझोइलेक्ट्रिक प्रभावाचा विस्तृत अभ्यास केला गेला आहे आणि यांत्रिक तणावासाठी अत्यंत संवेदनशील असल्याचे आढळले आहे. हे नवीन साहित्य आणि तंत्रज्ञान विकसित करू पाहणाऱ्या संशोधक आणि अभियंत्यांसाठी एक मौल्यवान साधन बनवते.
शेवटी, डीएनए ही एक सामग्री आहे जी पीझोइलेक्ट्रिक प्रभाव प्रदर्शित करते, जी लागू केलेल्या यांत्रिक तणावाच्या प्रतिसादात इलेक्ट्रिक चार्ज जमा करण्याची क्षमता आहे. वैद्यकीय प्रत्यारोपण, नॅनोस्केल सेन्सर्स आणि डीएनए अनुक्रमांसह विविध अनुप्रयोगांमध्ये हा प्रभाव वापरला गेला आहे. नॅनोवायर आणि नॅनोट्यूबसारख्या नवीन सामग्रीच्या विकासामध्ये त्याच्या संभाव्य वापरासाठी देखील याचा शोध घेतला जात आहे.
प्रथिने
पीझोइलेक्ट्रिसिटी म्हणजे लागू केलेल्या यांत्रिक तणावाच्या प्रतिसादात विद्युत चार्ज जमा करण्याची विशिष्ट सामग्रीची क्षमता. पिझोइलेक्ट्रिक सामग्री, जसे की प्रथिने, क्रिस्टल्स, सिरॅमिक्स आणि हाड आणि डीएनए सारख्या जैविक पदार्थ, हा प्रभाव प्रदर्शित करतात. प्रथिने, विशेषतः, एक अद्वितीय पायझोइलेक्ट्रिक सामग्री आहे, कारण ते अमीनो ऍसिडच्या जटिल संरचनेचे बनलेले आहेत जे विद्युत चार्ज निर्माण करण्यासाठी विकृत केले जाऊ शकतात.
प्रथिने हे सर्वात मुबलक प्रकारचे पीझोइलेक्ट्रिक सामग्री आहेत आणि ते विविध स्वरूपात आढळतात. ते एन्झाईम्स, हार्मोन्स आणि ऍन्टीबॉडीजच्या स्वरूपात तसेच कोलेजन आणि केराटिन सारख्या संरचनात्मक प्रथिनांच्या स्वरूपात आढळू शकतात. स्नायूंच्या प्रथिनांच्या स्वरूपात प्रथिने देखील आढळतात, जे स्नायूंच्या आकुंचन आणि विश्रांतीसाठी जबाबदार असतात.
प्रथिनांचा पायझोइलेक्ट्रिक प्रभाव या वस्तुस्थितीमुळे होतो की ते अमीनो ऍसिडच्या जटिल संरचनेने बनलेले असतात. जेव्हा हे अमीनो ऍसिड विकृत होतात तेव्हा ते विद्युत चार्ज तयार करतात. या इलेक्ट्रिक चार्जचा वापर नंतर सेन्सर्स आणि अ‍ॅक्ट्युएटरसारख्या विविध उपकरणांना उर्जा देण्यासाठी केला जाऊ शकतो.
प्रथिने विविध वैद्यकीय अनुप्रयोगांमध्ये देखील वापरली जातात. उदाहरणार्थ, ते शरीरातील विशिष्ट प्रथिनांची उपस्थिती शोधण्यासाठी वापरले जातात, ज्याचा उपयोग रोगांचे निदान करण्यासाठी केला जाऊ शकतो. ते विशिष्ट जीवाणू आणि विषाणूंची उपस्थिती शोधण्यासाठी देखील वापरले जातात, ज्याचा वापर संक्रमणाचे निदान करण्यासाठी केला जाऊ शकतो.
प्रथिने विविध औद्योगिक अनुप्रयोगांमध्ये देखील वापरली जातात. उदाहरणार्थ, ते विविध औद्योगिक प्रक्रियांसाठी सेन्सर आणि अॅक्ट्युएटर तयार करण्यासाठी वापरले जातात. ते साहित्य तयार करण्यासाठी देखील वापरले जातात जे विमान आणि इतर वाहनांच्या बांधकामात वापरले जाऊ शकतात.
शेवटी, प्रथिने एक अद्वितीय पायझोइलेक्ट्रिक सामग्री आहे जी विविध अनुप्रयोगांमध्ये वापरली जाऊ शकते. ते अमीनो ऍसिडच्या जटिल संरचनेचे बनलेले आहेत जे विद्युत चार्ज निर्माण करण्यासाठी विकृत केले जाऊ शकतात आणि ते विविध वैद्यकीय आणि औद्योगिक अनुप्रयोगांमध्ये वापरले जातात.
Piezoelectricity सह ऊर्जा काढणी
या विभागात, मी पीझोइलेक्ट्रिसिटीचा वापर ऊर्जेची साठवण करण्यासाठी कसा करता येईल यावर चर्चा करणार आहे. मी piezoelectricity चे विविध ऍप्लिकेशन्स पाहीन, piezoelectric inkjet printing पासून clock जनरेटर आणि microbalances पर्यंत. मी पीझोइलेक्ट्रिकिटीचा इतिहास देखील शोधत आहे, पियरे क्युरीने शोधून काढल्यापासून ते दुसऱ्या महायुद्धात त्याचा वापर करण्यापर्यंत. शेवटी, मी पीझोइलेक्ट्रिक उद्योगाची सद्य स्थिती आणि पुढील वाढीच्या संभाव्यतेबद्दल चर्चा करेन.
पायझोइलेक्ट्रिक इंकजेट प्रिंटिंग
पीझोइलेक्ट्रिसिटी म्हणजे लागू केलेल्या यांत्रिक तणावाच्या प्रतिसादात विद्युत चार्ज निर्माण करण्याची विशिष्ट सामग्रीची क्षमता. 'पीझोइलेक्ट्रिकिटी' हा शब्द ग्रीक शब्द 'पिझीन' (पिळणे किंवा दाबण्यासाठी) आणि 'इलेक्ट्रॉन' (अंबर) पासून बनला आहे, जो विद्युत चार्जचा एक प्राचीन स्त्रोत आहे. पिझोइलेक्ट्रिक मटेरियल, जसे की क्रिस्टल्स, सिरॅमिक्स आणि हाडे आणि डीएनए सारख्या जैविक पदार्थ, विविध अनुप्रयोगांमध्ये वापरले जातात.
पीझोइलेक्ट्रिकिटीचा वापर घड्याळ जनरेटर म्हणून, इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांमध्ये आणि सूक्ष्म संतुलनामध्ये उच्च व्होल्टेज वीज निर्माण करण्यासाठी केला जातो. हे अल्ट्रासोनिक नोजल आणि अल्ट्राफाइन फोकसिंग ऑप्टिकल असेंब्ली चालविण्यासाठी देखील वापरले जाते. पीझोइलेक्ट्रिक इंकजेट प्रिंटिंग हे या तंत्रज्ञानाचा लोकप्रिय अनुप्रयोग आहे. हा एक प्रकारचा छपाई आहे जो उच्च-वारंवारता कंपन निर्माण करण्यासाठी पायझोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल्स वापरतो, ज्याचा वापर पृष्ठावरील शाईचे थेंब बाहेर काढण्यासाठी केला जातो.
पिझोइलेक्ट्रिकिटीचा शोध १८८० चा आहे, जेव्हा फ्रेंच भौतिकशास्त्रज्ञ जॅक आणि पियरे क्युरी यांनी त्याचा परिणाम शोधला. तेव्हापासून, पीझोइलेक्ट्रिक प्रभावाचा उपयोग विविध उपयुक्त अनुप्रयोगांसाठी केला जात आहे. पिझोइलेक्ट्रिकिटीचा वापर दैनंदिन वस्तूंमध्ये जसे की गॅस कुकिंग आणि हीटिंग डिव्हाइसेस, टॉर्च, सिगारेट लाइटर आणि इलेक्ट्रॉनिकली अॅम्प्लीफाईड गिटारमधील पिकअप आणि आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक ड्रममध्ये ट्रिगर्समध्ये केला जातो.
पीझोइलेक्ट्रिकिटीचा वापर वैज्ञानिक संशोधनातही केला जातो. हे स्कॅनिंग प्रोब मायक्रोस्कोपसाठी आधार आहे, ज्याचा वापर अणूंच्या स्केलवर प्रतिमा सोडवण्यासाठी केला जातो. हे अल्ट्रासोनिक टाइम डोमेन रिफ्लेक्टोमीटरमध्ये देखील वापरले जाते, जे अल्ट्रासोनिक डाळी सामग्रीमध्ये पाठवतात आणि विघटन शोधण्यासाठी आणि कास्ट मेटल आणि स्टोन ऑब्जेक्ट्समध्ये दोष शोधण्यासाठी प्रतिबिंब मोजतात.
पीझोइलेक्ट्रिक उपकरणे आणि सामग्रीचा विकास उत्तम कामगिरी आणि सुलभ उत्पादन प्रक्रियेच्या गरजेद्वारे चालविला गेला आहे. युनायटेड स्टेट्समध्ये, व्यावसायिक वापरासाठी क्वार्ट्ज क्रिस्टल्सचा विकास हा पायझोइलेक्ट्रिक उद्योगाच्या वाढीचा एक प्रमुख घटक आहे. याउलट, जपानी उत्पादक त्वरीत माहिती सामायिक करण्यात आणि नवीन अनुप्रयोग विकसित करण्यात सक्षम झाले आहेत, ज्यामुळे जपानी बाजारपेठेत जलद वाढ झाली आहे.
लाइटरसारख्या दैनंदिन वस्तूंपासून प्रगत वैज्ञानिक संशोधनापर्यंत, पीझोइलेक्ट्रिकिटीने आपण ऊर्जा वापरण्याच्या पद्धतीत क्रांती घडवून आणली आहे. हे एक अष्टपैलू तंत्रज्ञान आहे ज्याने आम्हाला नवीन सामग्री आणि ऍप्लिकेशन्स एक्सप्लोर करण्यास आणि विकसित करण्यास सक्षम केले आहे आणि ते पुढील अनेक वर्षांपर्यंत आमच्या जीवनाचा एक महत्त्वाचा भाग असेल.
उच्च व्होल्टेज वीज निर्मिती
पीझोइलेक्ट्रिसिटी म्हणजे लागू केलेल्या यांत्रिक तणावाच्या प्रतिसादात विद्युत चार्ज जमा करण्याची विशिष्ट घन पदार्थांची क्षमता. 'piezoelectricity' हा शब्द ग्रीक शब्द 'piezein' ज्याचा अर्थ 'स्क्वीझ' किंवा 'प्रेस' आणि 'élektron' म्हणजे 'अंबर', विद्युत चार्जचा एक प्राचीन स्त्रोत यावरून आला आहे. पिझोइलेक्ट्रिकिटी ही उलथापालथ सममिती असलेल्या क्रिस्टलीय पदार्थांमधील यांत्रिक आणि विद्युत अवस्थांमधील एक रेखीय इलेक्ट्रोमेकॅनिकल परस्परसंवाद आहे.
पायझोइलेक्ट्रिक प्रभाव ही एक उलट करता येणारी प्रक्रिया आहे; पीझोइलेक्ट्रिकिटी दर्शविणारी सामग्री देखील रिव्हर्स पीझोइलेक्ट्रिक प्रभाव दर्शविते, लागू केलेल्या विद्युत क्षेत्रामुळे यांत्रिक ताणाची अंतर्गत निर्मिती. उदाहरणार्थ, लीड झिरकोनेट टायटॅनेट क्रिस्टल्स मोजता येण्याजोगे पीझोइलेक्ट्रिकिटी निर्माण करतात जेव्हा त्यांची स्थिर रचना मूळ परिमाणापासून विकृत होते. याउलट, जेव्हा बाह्य विद्युत क्षेत्र लागू केले जाते तेव्हा क्रिस्टल्स त्यांचे स्थिर परिमाण बदलू शकतात, ही घटना उलट पायझोइलेक्ट्रिक प्रभाव म्हणून ओळखली जाते, जी अल्ट्रासाऊंड लहरींच्या निर्मितीमध्ये वापरली जाते.
पीझोइलेक्ट्रिक प्रभाव उच्च व्होल्टेज वीज निर्मितीसह विविध अनुप्रयोगांमध्ये वापरला जातो. पिझोइलेक्ट्रिक मटेरिअलचा वापर ध्वनी निर्मिती आणि शोधण्यासाठी, पिझोइलेक्ट्रिक इंकजेट प्रिंटिंगमध्ये, घड्याळ जनरेटरमध्ये, इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांमध्ये, मायक्रोबॅलेन्समध्ये, ड्राइव्ह अल्ट्रासोनिक नोझल्समध्ये आणि अल्ट्राफाइन फोकसिंग ऑप्टिकल असेंब्लीमध्ये केला जातो.
पिझोइलेक्ट्रिकिटीचा वापर दैनंदिन अनुप्रयोगांमध्ये देखील केला जातो, जसे की स्वयंपाक आणि गरम उपकरणांमध्ये गॅस प्रज्वलित करण्यासाठी स्पार्क निर्माण करणे, टॉर्च, सिगारेट लाइटर आणि पायरोइलेक्ट्रिक प्रभाव सामग्री, जे तापमान बदलाच्या प्रतिसादात विद्युत क्षमता निर्माण करतात. 18 व्या शतकाच्या मध्यात कार्ल लिनियस आणि फ्रांझ एपिनस यांनी या परिणामाचा अभ्यास केला, रेने हाई आणि एंटोइन सीझर बेकरेल यांच्या ज्ञानावर आधारित, ज्यांनी यांत्रिक ताण आणि इलेक्ट्रिक चार्ज यांच्यातील संबंध दर्शविला, तरीही त्यांचे प्रयोग अनिर्णित सिद्ध झाले.
पायरोइलेक्ट्रिकिटीचे एकत्रित ज्ञान आणि अंतर्निहित क्रिस्टल स्ट्रक्चर्सची समज यामुळे पायरोइलेक्ट्रिकिटीचा अंदाज आणि क्रिस्टल वर्तनाचा अंदाज लावण्याची क्षमता निर्माण झाली. टूमलाइन, क्वार्ट्ज, पुष्कराज, उसाची साखर आणि रोशेल मीठ यांसारख्या क्रिस्टल्सच्या प्रभावाने हे दिसून आले. सोडियम पोटॅशियम टार्ट्रेट टेट्राहाइड्रेट आणि क्वार्ट्ज देखील पीझोइलेक्ट्रिकिटी प्रदर्शित करतात आणि विकृत झाल्यावर व्होल्टेज निर्माण करण्यासाठी पिझोइलेक्ट्रिक डिस्कचा वापर केला जातो. क्युरीजच्या डायरेक्ट पीझोइलेक्ट्रिक प्रभावाच्या प्रात्यक्षिकात हे अतिशयोक्तीपूर्ण होते.
पियरे आणि जॅक क्युरी या बंधूंनी पीझोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल्समधील इलेक्ट्रो-इलास्टो-मेकॅनिकल विकृतीच्या संपूर्ण उलटतेचा परिमाणात्मक पुरावा मिळवला. अनेक दशकांपर्यंत, पीझोइलेक्ट्रिकिटी ही प्रयोगशाळेची उत्सुकता राहिली, परंतु पियरे आणि मेरी क्युरी यांनी पोलोनियम आणि रेडियमच्या शोधात ते एक महत्त्वाचे साधन होते. पीझोइलेक्ट्रीसिटीचे प्रदर्शन करणार्‍या क्रिस्टल स्ट्रक्चर्सचे अन्वेषण आणि व्याख्या करण्याचे त्यांचे कार्य वोल्डेमार व्होइग्टच्या लेहरबुच डेर क्रिस्टालफिजिक (क्रिस्टल भौतिकशास्त्राचे पाठ्यपुस्तक) च्या प्रकाशनात संपले, ज्यामध्ये पीझोइलेक्ट्रिकिटीसाठी सक्षम असलेल्या नैसर्गिक क्रिस्टल वर्गांचे वर्णन करण्यात आले आहे आणि पिझोइलेक्ट्रिकटीचा वापर करून कठोरपणे परिभाषित केले आहे.
पायझोइलेक्ट्रिक उपकरणांचा व्यावहारिक वापर पहिल्या महायुद्धात सोनारच्या विकासापासून सुरू झाला. फ्रान्समध्ये पॉल लॅन्गेव्हिन आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी अल्ट्रासोनिक पाणबुडी डिटेक्टर विकसित केले. डिटेक्टरमध्ये स्टील प्लेट्सवर काळजीपूर्वक चिकटलेल्या पातळ क्वार्ट्ज क्रिस्टल्सपासून बनविलेले ट्रान्सड्यूसर आणि परत आलेला प्रतिध्वनी शोधण्यासाठी हायड्रोफोनचा समावेश होता. ट्रान्सड्यूसरमधून उच्च वारंवारता पल्स उत्सर्जित करून आणि एखाद्या वस्तूवरून उसळणाऱ्या ध्वनी लहरींचा प्रतिध्वनी ऐकण्यासाठी लागणारा वेळ मोजून, ते ऑब्जेक्टचे अंतर मोजू शकले. सोनार यशस्वी करण्यासाठी त्यांनी पीझोइलेक्ट्रिकिटीचा वापर केला आणि या प्रकल्पामुळे पुढील दशकांमध्ये पीझोइलेक्ट्रिक उपकरणांमध्ये तीव्र विकास आणि आवड निर्माण झाली.
नवीन पायझोइलेक्ट्रिक सामग्री आणि या सामग्रीसाठी नवीन अनुप्रयोग शोधले गेले आणि विकसित केले गेले. पिझोइलेक्ट्रिक उपकरणांना विविध क्षेत्रात घरे सापडली, जसे की सिरॅमिक फोनोग्राफ काडतुसे, ज्याने प्लेअर डिझाइन सुलभ केले आणि स्वस्त, अधिक अचूक रेकॉर्ड प्लेअरसाठी बनवले जे देखरेखीसाठी स्वस्त आणि तयार करणे सोपे होते. प्रचंड कंपनसंख्या असलेल्या (ध्वनिलहरी) ट्रान्सड्यूसरच्या विकासामुळे द्रव आणि घन पदार्थांच्या चिकटपणा आणि लवचिकतेचे सहज मोजमाप करण्याची परवानगी मिळाली, परिणामी सामग्री संशोधनात मोठी प्रगती झाली. प्रचंड कंपनसंख्या असलेल्या (ध्वनिलहरी) टाइम डोमेन रिफ्लेक्टोमीटर सामग्रीमध्ये अल्ट्रासोनिक पल्स पाठवतात आणि कास्ट मेटल आणि स्टोन ऑब्जेक्ट्समधील त्रुटी शोधण्यासाठी प्रतिबिंब आणि खंड मोजतात, ज्यामुळे संरचनात्मक सुरक्षितता सुधारते.
दुसऱ्या महायुद्धात युनायटेड स्टेट्स, रशिया आणि जपानमधील स्वतंत्र संशोधन गटांनी फेर नावाचा कृत्रिम पदार्थांचा एक नवीन वर्ग शोधला.
घड्याळ जनरेटर
पीझोइलेक्ट्रिसिटी म्हणजे लागू केलेल्या यांत्रिक तणावाच्या प्रतिसादात विद्युत चार्ज जमा करण्याची विशिष्ट सामग्रीची क्षमता. या घटनेचा उपयोग घड्याळ जनरेटरसह अनेक उपयुक्त अनुप्रयोग तयार करण्यासाठी केला गेला आहे. घड्याळ जनरेटर हे उपकरण आहेत जे अचूक वेळेसह विद्युत सिग्नल तयार करण्यासाठी पीझोइलेक्ट्रिकिटी वापरतात.
घड्याळ जनरेटर विविध अनुप्रयोगांमध्ये वापरले जातात, जसे की संगणक, दूरसंचार आणि ऑटोमोटिव्ह सिस्टममध्ये. इलेक्ट्रिकल सिग्नलची अचूक वेळ सुनिश्चित करण्यासाठी ते पेसमेकर सारख्या वैद्यकीय उपकरणांमध्ये देखील वापरले जातात. घड्याळ जनरेटर औद्योगिक ऑटोमेशन आणि रोबोटिक्समध्ये देखील वापरले जातात, जेथे अचूक वेळ आवश्यक आहे.
पायझोइलेक्ट्रिक इफेक्ट उलथापालथ सममिती असलेल्या क्रिस्टलीय पदार्थांमधील यांत्रिक आणि विद्युत अवस्थांमधील रेखीय इलेक्ट्रोमेकॅनिकल परस्परसंवादावर आधारित आहे. हा प्रभाव उलट करता येण्याजोगा आहे, याचा अर्थ असा की जेव्हा विद्युत क्षेत्र लागू केले जाते तेव्हा पीझोइलेक्ट्रिकिटी दर्शविणारी सामग्री देखील यांत्रिक ताण निर्माण करू शकते. याला इनव्हर्स पायझोइलेक्ट्रिक प्रभाव म्हणून ओळखले जाते आणि अल्ट्रासाऊंड लहरी तयार करण्यासाठी वापरले जाते.
घड्याळ जनरेटर अचूक वेळेसह विद्युत सिग्नल तयार करण्यासाठी या व्यस्त पायझोइलेक्ट्रिक प्रभावाचा वापर करतात. पीझोइलेक्ट्रिक सामग्री विद्युत क्षेत्राद्वारे विकृत होते, ज्यामुळे ते विशिष्ट वारंवारतेवर कंपन करते. हे कंपन नंतर इलेक्ट्रिकल सिग्नलमध्ये रूपांतरित केले जाते, ज्याचा वापर अचूक वेळेचा सिग्नल तयार करण्यासाठी केला जातो.
क्लॉक जनरेटर वैद्यकीय उपकरणांपासून औद्योगिक ऑटोमेशनपर्यंत विविध अनुप्रयोगांमध्ये वापरले जातात. ते विश्वासार्ह, अचूक आणि वापरण्यास सोपे आहेत, ज्यामुळे ते अनेक अनुप्रयोगांसाठी लोकप्रिय पर्याय बनतात. पीझोइलेक्ट्रिसिटी हा आधुनिक तंत्रज्ञानाचा एक महत्त्वाचा भाग आहे आणि घड्याळ जनरेटर या घटनेच्या अनेक अनुप्रयोगांपैकी एक आहे.
इलेक्ट्रॉनिक उपकरणे
पीझोइलेक्ट्रिसिटी म्हणजे लागू केलेल्या यांत्रिक तणावाच्या प्रतिसादात विद्युत चार्ज जमा करण्याची विशिष्ट घन पदार्थांची क्षमता. पिझोइलेक्ट्रिक इफेक्ट म्हणून ओळखल्या जाणार्‍या या घटनेचा वापर विविध इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांमध्ये केला जातो, इलेक्ट्रॉनिकली अॅम्प्लीफाईड गिटारमधील पिकअपपासून ते आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक ड्रममधील ट्रिगर्सपर्यंत.
Piezoelectricity हा ग्रीक शब्द πιέζειν (piezein) याचा अर्थ "स्क्वीझ" किंवा "प्रेस" आणि ἤλεκτρον (ēlektron) म्हणजे "अंबर", विद्युत चार्जचा एक प्राचीन स्रोत यावरून आला आहे. पायझोइलेक्ट्रिक मटेरियल क्रिस्टल्स, सिरॅमिक्स आणि जैविक पदार्थ आहेत जसे की हाडे आणि डीएनए प्रथिने, जे पायझोइलेक्ट्रिक प्रभाव प्रदर्शित करतात.
पायझोइलेक्ट्रिक इफेक्ट हा उलथापालथ सममितीसह क्रिस्टलीय पदार्थांमधील यांत्रिक आणि विद्युत अवस्थांमधील एक रेखीय इलेक्ट्रोमेकॅनिकल परस्परसंवाद आहे. ही एक उलट करता येणारी प्रक्रिया आहे, याचा अर्थ असा की पायझोइलेक्ट्रिक प्रभाव प्रदर्शित करणारी सामग्री देखील रिव्हर्स पायझोइलेक्ट्रिक प्रभाव प्रदर्शित करते, जी लागू केलेल्या विद्युत क्षेत्रामुळे उद्भवणारी यांत्रिक ताणाची अंतर्गत निर्मिती आहे. उदाहरणार्थ, लीड झिरकोनेट टायटॅनेट क्रिस्टल्स मोजता येण्याजोगे पीझोइलेक्ट्रिकिटी निर्माण करतात जेव्हा त्यांची स्थिर रचना मूळ परिमाणापासून विकृत होते. याउलट, जेव्हा बाह्य विद्युत क्षेत्र लागू केले जाते तेव्हा क्रिस्टल्स त्यांचे स्थिर परिमाण बदलू शकतात, ही घटना उलट पायझोइलेक्ट्रिक प्रभाव म्हणून ओळखली जाते, जी अल्ट्रासाऊंड लहरींच्या निर्मितीमध्ये वापरली जाते.
पायझोइलेक्ट्रिकिटीच्या शोधाचे श्रेय फ्रेंच भौतिकशास्त्रज्ञ पियरे आणि जॅक क्युरी यांना जाते, ज्यांनी 1880 मध्ये डायरेक्ट पीझोइलेक्ट्रिक प्रभावाचे प्रात्यक्षिक दाखवले. पायरोइलेक्ट्रिकिटीचे त्यांचे एकत्रित ज्ञान आणि अंतर्निहित क्रिस्टल स्ट्रक्चर्स समजून घेतल्याने पायरोइलेक्ट्रिक इफेक्टचा अंदाज आला आणि प्रीडिक क्षमता वाढली. टूमलाइन, क्वार्ट्ज, पुष्कराज, उसाची साखर आणि रोशेल मीठ यांसारख्या क्रिस्टल्सच्या प्रभावाने क्रिस्टल वर्तन प्रदर्शित केले गेले.
पीझोइलेक्ट्रिकिटीचा वापर विविध दैनंदिन अनुप्रयोगांमध्ये केला गेला आहे, जसे की स्वयंपाक आणि गरम उपकरणांमध्ये गॅस प्रज्वलित करण्यासाठी स्पार्क निर्माण करणे, टॉर्च, सिगारेट लाइटर आणि पायरोइलेक्ट्रिक प्रभाव साहित्य जे तापमान बदलाच्या प्रतिसादात विद्युत क्षमता निर्माण करतात. 18 व्या शतकाच्या मध्यात कार्ल लिनिअस आणि फ्रांझ एपिनस यांनी याचा अभ्यास केला, रेने हाई आणि अँटोनी सेझर बेकरेल यांच्या ज्ञानावर आधारित, ज्यांनी यांत्रिक ताण आणि विद्युत चार्ज यांच्यातील संबंध दर्शविला. स्कॉटलंडमधील क्युरी कम्पेन्सेटर म्युझियममध्ये पायझो क्रिस्टलचे दृश्य क्यूरी बंधूंनी थेट पायझोइलेक्ट्रिक प्रभाव दर्शविल्याशिवाय प्रयोग अनिर्णित सिद्ध झाले.
पीझोइलेक्ट्रिकिटी विविध इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांमध्ये वापरली जाते, इलेक्ट्रॉनिकली अॅम्प्लीफाईड गिटारमधील पिकअपपासून ते आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक ड्रममधील ट्रिगर्सपर्यंत. याचा वापर ध्वनी, पीझोइलेक्ट्रिक इंकजेट प्रिंटिंग, उच्च व्होल्टेज वीज निर्मिती, घड्याळ जनरेटर, मायक्रोबॅलेन्स, ड्राईव्ह अल्ट्रासोनिक नोझल्स आणि अल्ट्राफाइन फोकसिंग ऑप्टिकल असेंब्ली तयार करण्यासाठी आणि शोधण्यासाठी देखील केला जातो. पीझोइलेक्ट्रिकिटी हा प्रोब मायक्रोस्कोप स्कॅन करण्याचा आधार आहे, ज्याचा वापर अणूंच्या प्रमाणात प्रतिमा सोडवण्यासाठी केला जातो.
मायक्रोबॅलेन्स
पीझोइलेक्ट्रिसिटी म्हणजे लागू केलेल्या यांत्रिक तणावाच्या प्रतिसादात विद्युत चार्ज जमा करण्याची विशिष्ट घन पदार्थांची क्षमता. Piezoelectricity हा ग्रीक शब्द πιέζειν (piezein), ज्याचा अर्थ “स्क्वीझ” किंवा “प्रेस” आणि ἤλεκτρον (ēlektron), म्हणजे “अंबर”, विद्युत चार्जचा एक प्राचीन स्त्रोत यावरून आला आहे.
पीझोइलेक्ट्रिकिटीचा वापर विविध दैनंदिन अनुप्रयोगांमध्ये केला जातो, जसे की स्वयंपाक आणि गरम उपकरणे, टॉर्च, सिगारेट लाइटर आणि बरेच काही यासाठी गॅस प्रज्वलित करण्यासाठी स्पार्क निर्माण करणे. हे ध्वनीचे उत्पादन आणि शोधण्यासाठी आणि पिझोइलेक्ट्रिक इंकजेट प्रिंटिंगमध्ये देखील वापरले जाते.
पीझोइलेक्ट्रिकिटीचा वापर उच्च व्होल्टेज वीज निर्माण करण्यासाठी देखील केला जातो आणि घड्याळ जनरेटर आणि सूक्ष्म संतुलनासारख्या इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांचा आधार आहे. Piezoelectricity चा वापर अल्ट्रासोनिक नोजल आणि अल्ट्राफाइन फोकसिंग ऑप्टिकल असेंब्ली चालवण्यासाठी देखील केला जातो.
1880 मध्ये पीझोइलेक्‍ट्रिकटीचा शोध फ्रेंच भौतिकशास्त्रज्ञ जॅक आणि पियरे क्युरी यांना दिला जातो. क्युरी बंधूंनी पायरोइलेक्‍ट्रिकटीचे ज्ञान आणि पायझोइलेक्ट्रिकिटीच्या संकल्पनेला जन्म देण्यासाठी स्फटिकाच्या अंतर्निहित संरचनांबद्दलची समज यांची सांगड घातली. ते क्रिस्टलच्या वर्तनाचा अंदाज लावण्यात सक्षम होते आणि टूमलाइन, क्वार्ट्ज, पुष्कराज, उसाची साखर आणि रोशेल मीठ यांसारख्या क्रिस्टल्समधील प्रभाव प्रदर्शित केले.
पीझोइलेक्ट्रिक प्रभावाचा उपयोग उपयुक्त अनुप्रयोगांसाठी केला गेला, ज्यात आवाजाचे उत्पादन आणि शोध समाविष्ट आहे. पहिल्या महायुद्धादरम्यान सोनारचा विकास हा पीझोइलेक्ट्रिकिटीच्या वापरातील एक मोठा यश होता. दुसऱ्या महायुद्धानंतर, युनायटेड स्टेट्स, रशिया आणि जपानमधील स्वतंत्र संशोधन गटांनी फेरोइलेक्ट्रिक्स नावाच्या सिंथेटिक सामग्रीचा एक नवीन वर्ग शोधला, ज्यामध्ये नैसर्गिक सामग्रीपेक्षा दहापट जास्त पीझोइलेक्ट्रिक स्थिरांक प्रदर्शित होते.
यामुळे बेरियम टायटॅनेट आणि नंतर लीड झिरकोनेट टायटॅनेट सामग्रीचे गहन संशोधन आणि विकास झाला, ज्यात विशिष्ट अनुप्रयोगांसाठी विशिष्ट गुणधर्म आहेत. पीझोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल्सच्या वापराचे एक महत्त्वपूर्ण उदाहरण दुसऱ्या महायुद्धानंतर बेल टेलिफोन प्रयोगशाळांमध्ये विकसित केले गेले.
रेडिओ टेलिफोनी अभियांत्रिकी विभागात काम करणाऱ्या फ्रेडरिक आर. लॅक यांनी एक कट क्रिस्टल विकसित केला जो तापमानाच्या विस्तृत श्रेणीवर चालतो. लॅकच्या क्रिस्टलला पूर्वीच्या क्रिस्टल्सच्या जड उपकरणांची आवश्यकता नव्हती, ज्यामुळे विमानात त्याचा वापर सुलभ झाला. या विकासामुळे मित्र राष्ट्रांच्या हवाई दलांना एव्हिएशन रेडिओचा वापर करून समन्वित सामूहिक हल्ले करण्यास अनुमती मिळाली.
युनायटेड स्टेट्समधील पीझोइलेक्ट्रिक उपकरणे आणि सामग्रीच्या विकासामुळे अनेक कंपन्या व्यवसायात राहिल्या आणि क्वार्ट्ज क्रिस्टल्सच्या विकासाचा व्यावसायिकरित्या शोषण करण्यात आला. पिझोइलेक्ट्रिक सामग्रीचा वापर वैद्यकीय इमेजिंग, अल्ट्रासोनिक साफसफाई आणि बरेच काही यासह विविध अनुप्रयोगांमध्ये केला गेला आहे.
ड्राइव्ह अल्ट्रासोनिक नोजल
पीझोइलेक्ट्रिकिटी हा विद्युत प्रभार आहे जो विशिष्ट घन पदार्थ जसे की क्रिस्टल्स, सिरॅमिक्स आणि हाडे आणि डीएनए सारख्या जैविक पदार्थांमध्ये जमा होतो. हे लागू केलेल्या यांत्रिक ताणाला दिलेला प्रतिसाद आहे आणि ग्रीक शब्द 'piezein', म्हणजे 'स्क्वीझ' किंवा 'प्रेस', आणि 'इलेक्ट्रॉन', म्हणजे 'अंबर', इलेक्ट्रिक चार्जचा एक प्राचीन स्त्रोत यावरून आला आहे.
पायझोइलेक्ट्रिक इफेक्ट हा उलथापालथ सममिती असलेल्या क्रिस्टलीय पदार्थांच्या यांत्रिक आणि विद्युतीय अवस्थांमधील एक रेखीय इलेक्ट्रोमेकॅनिकल परस्परसंवाद आहे. ही एक उलट करता येण्याजोगी प्रक्रिया आहे, म्हणजे पिझोइलेक्ट्रिक प्रभाव प्रदर्शित करणारी सामग्री देखील रिव्हर्स पायझोइलेक्ट्रिक प्रभाव प्रदर्शित करते, जी लागू केलेल्या विद्युत क्षेत्रामुळे उद्भवणारी यांत्रिक ताणाची अंतर्गत निर्मिती आहे. याचे एक उदाहरण म्हणजे लीड झिरकोनेट टायटेनेट क्रिस्टल्स, जे त्यांच्या मूळ आकारापासून स्थिर संरचना विकृत झाल्यावर मोजता येण्याजोगे पीझोइलेक्ट्रिकिटी निर्माण करतात. याउलट, जेव्हा बाह्य विद्युत क्षेत्र लागू केले जाते, तेव्हा क्रिस्टल्स त्यांचे स्थिर परिमाण बदलतात, परिणामी उलट पायझोइलेक्ट्रिक परिणाम होतो, जो अल्ट्रासाऊंड लहरींचे उत्पादन आहे.
फ्रेंच भौतिकशास्त्रज्ञ जॅक आणि पियरे क्युरी यांनी 1880 मध्ये पीझोइलेक्ट्रिकिटी शोधून काढली आणि तेव्हापासून आवाजाचे उत्पादन आणि शोध यासह विविध उपयुक्त अनुप्रयोगांसाठी त्याचा वापर केला जात आहे. पीझोइलेक्ट्रिकिटीमध्ये रोजचे उपयोग देखील आढळतात, जसे की स्वयंपाक आणि गरम उपकरणे, टॉर्च, सिगारेट लाइटर आणि बरेच काही मध्ये गॅस प्रज्वलित करण्यासाठी स्पार्क निर्माण करणे.
पायरोइलेक्ट्रिक प्रभाव, जो तापमान बदलाच्या प्रतिसादात विद्युत क्षमता निर्माण करणारी सामग्री आहे, याचा अभ्यास कार्ल लिनियस, फ्रांझ एपिनस आणि 18व्या शतकाच्या मध्यात रेने हाई आणि अँटोनी सेझर बेकरेल यांच्या ड्रॉइंग ज्ञानाने केला होता, ज्यांनी यांत्रिक ताण आणि यांच्यातील संबंध स्पष्ट केला. इलेक्ट्रिक चार्ज. हे सिद्ध करणारे प्रयोग अनिर्णित होते.
स्कॉटलंडमधील हंटेरियन म्युझियममधील क्युरी कम्पेन्सेटरमधील पायझो क्रिस्टलचे दृश्य हे पियरे आणि जॅक क्युरी या बंधूंच्या थेट पीझोइलेक्ट्रिक प्रभावाचे प्रात्यक्षिक आहे. पायरोइलेक्ट्रिकिटीबद्दलचे त्यांचे ज्ञान आणि अंतर्निहित क्रिस्टल स्ट्रक्चर्स समजून घेतल्याने पायरोइलेक्ट्रिकिटीचा अंदाज आला आणि त्यांना क्रिस्टल वर्तनाचा अंदाज लावता आला. टूमलाइन, क्वार्ट्ज, पुष्कराज, उसाची साखर आणि रोशेल मीठ यांसारख्या क्रिस्टल्सच्या प्रभावाने हे दिसून आले. सोडियम आणि पोटॅशियम टार्ट्रेट टेट्राहाइड्रेट आणि क्वार्ट्ज देखील पीझोइलेक्ट्रिकिटी प्रदर्शित करतात आणि विकृत झाल्यावर व्होल्टेज निर्माण करण्यासाठी पिझोइलेक्ट्रिक डिस्कचा वापर केला जातो. 1881 मध्ये गॅब्रिएल लिप्पमन यांनी मूलभूत थर्मोडायनामिक तत्त्वांवरून गणितीयपणे काढलेल्या कॉन्व्हर्स पीझोइलेक्ट्रिक प्रभावाचा अंदाज लावण्यासाठी क्युरींनी अतिशयोक्ती केली होती.
क्युरींनी ताबडतोब कॉन्व्हर्स इफेक्टच्या अस्तित्वाची पुष्टी केली, आणि पीझोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल्समधील इलेक्ट्रो-इलास्टो-मेकॅनिकल विकृतीच्या संपूर्ण उलटतेचा परिमाणात्मक पुरावा मिळवला. अनेक दशकांपासून, पीझोइलेक्ट्रिकिटी ही प्रयोगशाळेतील उत्सुकता राहिली, परंतु पियरे आणि मेरी क्युरी यांनी पीझोइलेक्ट्रीसिटीचे प्रदर्शन करणार्‍या क्रिस्टल स्ट्रक्चर्सचा शोध आणि व्याख्या करण्याच्या त्यांच्या कामात पोलोनियम आणि रेडियमच्या शोधात ते एक महत्त्वाचे साधन होते. हे वोल्डेमार व्होइग्टच्या लेहरबुच डेर क्रिस्टलफिसिक (क्रिस्टल भौतिकशास्त्राचे पाठ्यपुस्तक) च्या प्रकाशनात कळाले, ज्याने पीझोइलेक्ट्रिकिटीसाठी सक्षम नैसर्गिक क्रिस्टल वर्गांचे वर्णन केले आणि टेन्सर विश्लेषणाद्वारे पायझोइलेक्ट्रिक स्थिरांकांची कठोरपणे व्याख्या केली.
पायझोइलेक्ट्रिक उपकरणांचा व्यावहारिक उपयोग सोनारपासून सुरू झाला, जो पहिल्या महायुद्धात विकसित झाला होता. फ्रान्समध्ये पॉल लॅन्गेव्हिन आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी अल्ट्रासोनिक पाणबुडी शोधक विकसित केले. डिटेक्टरमध्ये उच्च फ्रिक्वेंसी पल्स उत्सर्जित केल्यावर परत येणारा प्रतिध्वनी शोधण्यासाठी स्टील प्लेट्सवर काळजीपूर्वक चिकटलेल्या पातळ क्वार्ट्ज क्रिस्टल्सपासून बनविलेले ट्रान्सड्यूसर होते, ज्याला हायड्रोफोन म्हणतात. एखाद्या वस्तूवरून उसळणाऱ्या ध्वनी लहरींचा प्रतिध्वनी ऐकण्यासाठी लागणारा वेळ मोजून ते त्या वस्तूचे अंतर मोजू शकतात. सोनारमध्ये पीझोइलेक्ट्रिकिटीचा हा वापर यशस्वी ठरला आणि या प्रकल्पामुळे अनेक दशकांपासून पीझोइलेक्ट्रिक उपकरणांमध्ये तीव्र विकास आणि रस निर्माण झाला.
नवीन पिझोइलेक्ट्रिक साहित्य आणि या सामग्रीसाठी नवीन अनुप्रयोग शोधले गेले आणि विकसित केले गेले आणि पिझोइलेक्ट्रिक उपकरणांना सिरेमिक फोनोग्राफ काडतुसे सारख्या क्षेत्रात घरे सापडली, ज्याने प्लेअर डिझाइन सुलभ केले आणि स्वस्त, अधिक अचूक रेकॉर्ड प्लेयर्स बनवले जे देखरेखीसाठी स्वस्त आणि तयार करणे सोपे होते. . प्रचंड कंपनसंख्या असलेल्या (ध्वनिलहरी) ट्रान्सड्यूसरच्या विकासामुळे द्रव आणि घन पदार्थांच्या चिकटपणा आणि लवचिकतेचे सहज मोजमाप करण्याची परवानगी मिळाली, परिणामी सामग्री संशोधनात मोठी प्रगती झाली. प्रचंड कंपनसंख्या असलेल्या (ध्वनिलहरी) टाइम डोमेन रिफ्लेक्टोमीटर सामग्रीद्वारे अल्ट्रासोनिक पल्स पाठवतात आणि कास्ट मेटल आणि स्टोन ऑब्जेक्ट्समधील दोष शोधण्यासाठी प्रतिबिंब आणि खंडितता मोजतात.
अल्ट्राफाइन फोकसिंग ऑप्टिकल असेंब्ली
पीझोइलेक्ट्रिकिटी म्हणजे यांत्रिक तणावाच्या अधीन असताना विद्युत चार्ज जमा करण्याची विशिष्ट सामग्रीची क्षमता. व्युत्क्रम सममिती असलेल्या क्रिस्टलीय पदार्थांच्या विद्युत आणि यांत्रिक अवस्थांमधील हा एक रेखीय इलेक्ट्रोमेकॅनिकल परस्परसंवाद आहे. पीझोइलेक्ट्रिकिटी ही एक उलट करता येणारी प्रक्रिया आहे, म्हणजे पीझोइलेक्ट्रिकिटी दर्शविणारी सामग्री देखील रिव्हर्स पीझोइलेक्ट्रिक प्रभाव प्रदर्शित करते, जी लागू केलेल्या विद्युत क्षेत्रामुळे उद्भवणारी यांत्रिक ताणाची अंतर्गत निर्मिती आहे.
ध्वनीचे उत्पादन आणि शोध आणि उच्च व्होल्टेज वीज निर्मिती यासह विविध अनुप्रयोगांमध्ये पीझोइलेक्ट्रिकिटी वापरली गेली आहे. इंकजेट प्रिंटिंग, क्लॉक जनरेटर, इलेक्ट्रॉनिक उपकरणे, मायक्रोबॅलेन्स, ड्राईव्ह अल्ट्रासोनिक नोझल्स आणि अल्ट्राफाइन फोकसिंग ऑप्टिकल असेंब्लीमध्ये देखील पायझोइलेक्ट्रिकिटी वापरली जाते.
1880 मध्ये फ्रेंच भौतिकशास्त्रज्ञ जॅक आणि पियरे क्युरी यांनी पीझोइलेक्ट्रिकिटीचा शोध लावला. पीझोइलेक्ट्रिक प्रभावाचा उपयोग उपयुक्त अनुप्रयोगांमध्ये केला जातो, जसे की आवाजाचे उत्पादन आणि शोध आणि उच्च व्होल्टेज वीज निर्मिती. पीझोइलेक्ट्रिक इंकजेट प्रिंटिंग देखील वापरले जाते, तसेच घड्याळ जनरेटर, इलेक्ट्रॉनिक उपकरणे, मायक्रोबॅलेंस, ड्राईव्ह अल्ट्रासोनिक नोझल्स आणि अल्ट्राफाइन फोकसिंग ऑप्टिकल असेंब्ली.
पीझोइलेक्ट्रिकिटीने दैनंदिन वापरात प्रवेश केला आहे, जसे की स्वयंपाक आणि गरम उपकरणांसाठी गॅस प्रज्वलित करण्यासाठी स्पार्क निर्माण करणे, टॉर्च, सिगारेट लाइटर आणि पायरोइलेक्ट्रिक प्रभाव साहित्य जे तापमान बदलाच्या प्रतिसादात विद्युत क्षमता निर्माण करतात. 18 व्या शतकाच्या मध्यात कार्ल लिनियस आणि फ्रांझ एपिनस यांनी या परिणामाचा अभ्यास केला, रेने हाई आणि अँटोइन सीझर बेकरेल यांच्या ज्ञानावर आधारित, ज्यांनी यांत्रिक ताण आणि विद्युत शुल्क यांच्यातील संबंध दर्शविला. प्रयोग अनिर्णित सिद्ध झाले.
स्कॉटलंडमधील हंटेरियन म्युझियममधील क्युरी कम्पेन्सेटरमधील पायझो क्रिस्टलचे दृश्य हे पियरे आणि जॅक क्यूरी या बंधूंच्या थेट पीझोइलेक्ट्रिक प्रभावाचे प्रात्यक्षिक आहे. पायरोइलेक्ट्रिकिटीचे त्यांचे ज्ञान आणि अंतर्निहित क्रिस्टल स्ट्रक्चर्सची त्यांची समज यामुळे त्यांनी पायरोइलेक्ट्रिकिटीचा अंदाज आणि क्रिस्टल वर्तनाचा अंदाज लावण्याची क्षमता वाढवली. टूमलाइन, क्वार्ट्ज, पुष्कराज, उसाची साखर आणि रोशेल मीठ यांसारख्या क्रिस्टल्सच्या प्रभावामध्ये हे दिसून आले.
सोडियम आणि पोटॅशियम टार्ट्रेट टेट्राहायड्रेट, आणि क्वार्ट्ज आणि रोशेल सॉल्टने पीझोइलेक्ट्रिकिटी दर्शविली आणि विकृत झाल्यावर व्होल्टेज निर्माण करण्यासाठी पिझोइलेक्ट्रिक डिस्कचा वापर केला गेला, जरी आकारातील बदल अतिशयोक्तीपूर्ण होता. क्युरींनी कन्व्हर्स पीझोइलेक्ट्रिक प्रभावाचा अंदाज लावला आणि 1881 मध्ये गॅब्रिएल लिप्पमन यांच्या मूलभूत थर्मोडायनामिक तत्त्वांवरून गणितीयदृष्ट्या उलट परिणामाचा अंदाज लावला गेला. क्युरींनी ताबडतोब कॉन्व्हर्स इफेक्टच्या अस्तित्वाची पुष्टी केली आणि इलेक्ट्रो-च्या संपूर्ण उलटतेचा परिमाणात्मक पुरावा मिळवला. पीझोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल्समध्ये इलास्टो-यांत्रिक विकृती.
पियरे आणि मेरी क्युरी यांनी पोलोनियम आणि रेडियमच्या शोधात एक महत्त्वपूर्ण साधन बनले नाही तोपर्यंत पीझोइलेक्ट्रिकिटी ही प्रयोगशाळेतील उत्सुकता राहिली. पीझोइलेक्ट्रिकिटीचे प्रदर्शन करणार्‍या क्रिस्टल स्ट्रक्चर्सचे अन्वेषण आणि व्याख्या करण्याचे त्यांचे कार्य वोल्डेमार व्होइग्टच्या लेहरबुच डेर क्रिस्टालफिसिक (क्रिस्टल भौतिकशास्त्राचे पाठ्यपुस्तक) च्या प्रकाशनात संपले. यात पायझोइलेक्ट्रिकिटीसाठी सक्षम असलेल्या नैसर्गिक क्रिस्टल वर्गांचे वर्णन केले आणि पायझोइलेक्ट्रिक उपकरणांच्या व्यावहारिक वापरासाठी टेन्सर विश्लेषण वापरून पायझोइलेक्ट्रिक स्थिरांकांची कठोर व्याख्या केली.
सोनारचा विकास हा एक यशस्वी प्रकल्प होता ज्याने पायझोइलेक्ट्रिक उपकरणांमध्ये तीव्र विकास आणि स्वारस्य निर्माण केले. दशकांनंतर, नवीन पायझोइलेक्ट्रिक सामग्री आणि या सामग्रीसाठी नवीन अनुप्रयोग शोधले गेले आणि विकसित केले गेले. पिझोइलेक्ट्रिक उपकरणांना सिरेमिक फोनोग्राफ काडतुसे सारख्या विविध क्षेत्रांमध्ये घरे सापडली, ज्याने प्लेअर डिझाइन सुलभ केले आणि रेकॉर्ड प्लेयर स्वस्त आणि देखरेख आणि तयार करणे सोपे केले. प्रचंड कंपनसंख्या असलेल्या (ध्वनिलहरी) ट्रान्सड्यूसरच्या विकासामुळे द्रव आणि घन पदार्थांच्या स्निग्धता आणि लवचिकतेचे सहज मोजमाप करण्याची परवानगी मिळाली, परिणामी साहित्य संशोधनात मोठी प्रगती झाली. प्रचंड कंपनसंख्या असलेल्या (ध्वनिलहरी) टाइम डोमेन रिफ्लेक्टोमीटर सामग्रीमध्ये अल्ट्रासोनिक पल्स पाठवतात आणि कास्ट मेटल आणि स्टोन ऑब्जेक्ट्समधील त्रुटी शोधण्यासाठी प्रतिबिंब आणि खंड मोजतात, ज्यामुळे संरचनात्मक सुरक्षितता सुधारते.
पायझोइलेक्ट्रिक मटेरियल म्हणून व्यावसायिकरित्या शोषण केलेल्या क्वार्ट्ज क्रिस्टल्सपासून विकसित केलेल्या नवीन सामग्रीच्या फायदेशीर पेटंटसह पायझोइलेक्ट्रिकटीच्या हितसंबंधांच्या क्षेत्राची सुरुवात सुरक्षित केली गेली. शास्त्रज्ञांनी उच्च कार्यक्षमतेच्या साहित्याचा शोध घेतला आणि सामग्रीमध्ये प्रगती आणि उत्पादन प्रक्रियेची परिपक्वता असूनही, युनायटेड स्टेट्सची बाजारपेठ लवकर वाढली नाही. याउलट, जपानी उत्पादकांनी त्वरीत माहिती सामायिक केली आणि युनायटेड स्टेट्सच्या पीझोइलेक्ट्रिक उद्योगातील वाढीसाठी नवीन अनुप्रयोगांना जपानी उत्पादकांच्या विपरीत त्रास सहन करावा लागला.
पायझोइलेक्ट्रिक मोटर्स
या विभागात, मी आधुनिक तंत्रज्ञानामध्ये पीझोइलेक्ट्रिकिटी कशी वापरली जाते याबद्दल बोलणार आहे. स्कॅनिंग प्रोब मायक्रोस्कोप जे अणूंच्या स्केलवर प्रतिमांचे निराकरण करू शकतात ते इलेक्ट्रॉनिकली अॅम्प्लीफाइड गिटार आणि आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक ड्रमसाठी ट्रिगर करण्यासाठी पिकअपपर्यंत, पीझोइलेक्ट्रिकिटी अनेक उपकरणांचा अविभाज्य भाग बनला आहे. मी पीझोइलेक्ट्रिकिटीचा इतिहास आणि विविध ऍप्लिकेशन्समध्ये ते कसे वापरले गेले आहे ते शोधून काढेन.
स्कॅनिंग प्रोब मायक्रोस्कोपचा फॉर्म आधार
पीझोइलेक्ट्रिकिटी हा विद्युत चार्ज आहे जो विशिष्ट घन पदार्थांमध्ये जमा होतो, जसे की क्रिस्टल्स, सिरॅमिक्स आणि हाडे आणि डीएनए सारख्या जैविक पदार्थ. हा लागू केलेल्या यांत्रिक तणावाचा प्रतिसाद आहे, आणि piezoelectricity हा शब्द ग्रीक शब्द πιέζειν (piezein) वरून आला आहे ज्याचा अर्थ “स्क्वीझ” किंवा “प्रेस” आणि ἤλεκτρον (élektron) म्हणजे “अंबर”, विद्युत चार्जचा एक प्राचीन स्त्रोत.
पायझोइलेक्ट्रिक मोटर्स ही अशी उपकरणे आहेत जी गती निर्माण करण्यासाठी पायझोइलेक्ट्रिक प्रभाव वापरतात. हा प्रभाव उलथापालथ सममिती असलेल्या क्रिस्टलीय पदार्थांमधील यांत्रिक आणि विद्युत अवस्थांमधील रेखीय इलेक्ट्रोमेकॅनिकल परस्परसंवाद आहे. ही एक उलट करता येणारी प्रक्रिया आहे, याचा अर्थ असा की पायझोइलेक्ट्रिक प्रभाव प्रदर्शित करणारी सामग्री देखील रिव्हर्स पायझोइलेक्ट्रिक प्रभाव प्रदर्शित करते, जी लागू केलेल्या विद्युत क्षेत्रामुळे उद्भवणारी यांत्रिक ताणाची अंतर्गत निर्मिती आहे. मापन करण्यायोग्य पायझोइलेक्ट्रिकिटी निर्माण करणार्‍या सामग्रीची उदाहरणे लीड झिरकोनेट टायटेनेट क्रिस्टल्स आहेत.
पीझोइलेक्ट्रिक प्रभावाचा उपयोग उपयुक्त ऍप्लिकेशन्समध्ये केला जातो, जसे की ध्वनीचे उत्पादन आणि शोध, पायझोइलेक्ट्रिक इंकजेट प्रिंटिंग, उच्च व्होल्टेज वीज निर्मिती, घड्याळ जनरेटर आणि अल्ट्राफाइन फोकसिंग ऑप्टिकल असेंब्लीसाठी मायक्रो बॅलेन्स आणि ड्राईव्ह अल्ट्रासोनिक नोझल्स सारखी इलेक्ट्रॉनिक उपकरणे. हे स्कॅनिंग प्रोब मायक्रोस्कोपचा आधार देखील बनवते, ज्याचा वापर अणूंच्या प्रमाणात प्रतिमांचे निराकरण करण्यासाठी केला जातो.
1880 मध्ये फ्रेंच भौतिकशास्त्रज्ञ जॅक आणि पियरे क्युरी यांनी पीझोइलेक्ट्रिकिटीचा शोध लावला. स्कॉटलंडमधील हंटेरियन म्युझियममध्ये पायझो क्रिस्टल आणि क्युरी कम्पेन्सेटरचे दृश्य पाहता येते, जे पियरे आणि जॅक क्युरी या बंधूंच्या थेट पीझोइलेक्ट्रिक प्रभावाचे प्रात्यक्षिक आहे.
पायरोइलेक्ट्रिकिटीबद्दलचे त्यांचे ज्ञान आणि अंतर्निहित क्रिस्टल स्ट्रक्चर्सबद्दलचे त्यांचे आकलन एकत्रित केल्याने पायरोइलेक्ट्रिकिटीचा अंदाज आला, ज्यामुळे त्यांना क्रिस्टल वर्तनाचा अंदाज लावता आला. टूमलाइन, क्वार्ट्ज, पुष्कराज, उसाची साखर आणि रोशेल मीठ यांसारख्या क्रिस्टल्सच्या प्रभावाने हे दिसून आले. सोडियम आणि पोटॅशियम टार्ट्रेट टेट्राहाइड्रेट, आणि क्वार्ट्ज आणि रोशेल सॉल्टने पिझोइलेक्ट्रिकिटी प्रदर्शित केली आणि विकृत झाल्यावर व्होल्टेज निर्माण करण्यासाठी पिझोइलेक्ट्रिक डिस्कचा वापर केला गेला, जरी क्युरींनी हे अतिशयोक्तीपूर्ण केले.
त्यांनी कन्व्हर्स पीझोइलेक्ट्रिक प्रभावाचा अंदाज देखील वर्तवला, आणि हे 1881 मध्ये गॅब्रिएल लिप्पमन यांच्या मूलभूत थर्मोडायनामिक तत्त्वांवरून गणितीयदृष्ट्या काढले गेले. क्युरींनी ताबडतोब कॉन्व्हर्स इफेक्टच्या अस्तित्वाची पुष्टी केली आणि इलेक्ट्रो-इलास्टो-च्या संपूर्ण उलटतेचा परिमाणात्मक पुरावा मिळवला. पायझोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल्समधील यांत्रिक विकृती.
पियरे आणि मेरी क्युरी यांनी पोलोनियम आणि रेडियमच्या शोधात एक महत्त्वपूर्ण साधन बनले नाही तोपर्यंत पीझोइलेक्ट्रिकिटी ही प्रयोगशाळेतील उत्सुकता राहिली. पीझोइलेक्ट्रिकिटीचे प्रदर्शन करणार्‍या क्रिस्टल स्ट्रक्चर्सचे अन्वेषण आणि व्याख्या करण्याचे त्यांचे कार्य वोल्डेमार व्होइग्टच्या लेहरबुच डर क्रिस्टालफिसिक (क्रिस्टल भौतिकशास्त्राचे पाठ्यपुस्तक) च्या प्रकाशनात संपले, ज्याने पीझोइलेक्ट्रिकिटीसाठी सक्षम असलेल्या नैसर्गिक क्रिस्टल वर्गांचे वर्णन केले आहे आणि पीझोइलेक्ट्रिकटीची कठोरपणे व्याख्या केली आहे.
यामुळे सोनार सारख्या पायझोइलेक्ट्रिक उपकरणांचा व्यावहारिक उपयोग होऊ लागला, जो पहिल्या महायुद्धात विकसित झाला होता. फ्रान्समध्ये पॉल लँगेव्हिन आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी अल्ट्रासोनिक पाणबुडी शोधक विकसित केले. या डिटेक्टरमध्ये स्टील प्लेट्सवर काळजीपूर्वक चिकटलेल्या पातळ क्वार्ट्ज क्रिस्टल्सपासून बनविलेले ट्रान्सड्यूसर आणि ट्रान्सड्यूसरमधून उच्च वारंवारता नाडी उत्सर्जित केल्यानंतर परत येणारा प्रतिध्वनी शोधण्यासाठी हायड्रोफोनचा समावेश होता. एखाद्या वस्तूवरून उसळणाऱ्या ध्वनी लहरींचा प्रतिध्वनी ऐकण्यासाठी लागणारा वेळ मोजून ते त्या वस्तूचे अंतर मोजू शकले. त्यांनी हा सोनार यशस्वी करण्यासाठी पीझोइलेक्ट्रिकिटीचा वापर केला आणि या प्रकल्पामुळे अनेक दशकांपासून पीझोइलेक्ट्रिक उपकरणांमध्ये तीव्र विकास आणि स्वारस्य निर्माण झाले.
नवीन पायझोइलेक्ट्रिक साहित्य आणि या सामग्रीसाठी नवीन अनुप्रयोग शोधले गेले आणि विकसित केले गेले आणि पायझोइलेक्ट्रिक उपकरणांना अनेक क्षेत्रात घरे सापडली, जसे की सिरॅमिक फोनोग्राफ काडतुसे, ज्याने प्लेअर डिझाइन सोपे केले आणि स्वस्त आणि अधिक अचूक रेकॉर्ड प्लेयर्स बनवले जे राखण्यासाठी स्वस्त आणि सोपे होते. तयार करण्यासाठी. प्रचंड कंपनसंख्या असलेल्या (ध्वनिलहरी) ट्रान्सड्यूसरच्या विकासामुळे द्रव आणि घन पदार्थांच्या चिकटपणा आणि लवचिकतेचे सहज मोजमाप करण्याची परवानगी मिळाली, परिणामी सामग्री संशोधनात मोठी प्रगती झाली. प्रचंड कंपनसंख्या असलेल्या (ध्वनिलहरी) टाइम डोमेन रिफ्लेक्टोमीटर सामग्रीमध्ये अल्ट्रासोनिक पल्स पाठवतात आणि कास्ट मेटल आणि स्टोन ऑब्जेक्ट्समधील त्रुटी शोधण्यासाठी प्रतिबिंब आणि खंड मोजतात, ज्यामुळे संरचनात्मक सुरक्षितता सुधारते.
दुसऱ्या महायुद्धादरम्यान, युनायटेडमधील स्वतंत्र संशोधन गट
अणूंच्या स्केलवर प्रतिमांचे निराकरण करा
पीझोइलेक्ट्रिकिटी हा विद्युत प्रभार आहे जो विशिष्ट घन पदार्थ जसे की क्रिस्टल्स, सिरॅमिक्स आणि हाडे आणि डीएनए सारख्या जैविक पदार्थांमध्ये जमा होतो. हा लागू केलेल्या यांत्रिक ताणाला प्रतिसाद आहे आणि तो ग्रीक शब्द 'पिझेन' वरून आला आहे, ज्याचा अर्थ पिळणे किंवा दाबणे असा होतो. पिझोइलेक्ट्रिक प्रभावाचा परिणाम उलथापालथ सममितीसह क्रिस्टलीय पदार्थांमधील यांत्रिक आणि विद्युत अवस्थांमधील रेखीय इलेक्ट्रोमेकॅनिकल परस्परसंवादातून होतो.
पीझोइलेक्ट्रिकिटी ही एक उलट करता येणारी प्रक्रिया आहे आणि पीझोइलेक्ट्रिक प्रभाव दर्शविणारी सामग्री देखील रिव्हर्स पायझोइलेक्ट्रिक प्रभाव दर्शविते, जी लागू केलेल्या विद्युत क्षेत्रामुळे उद्भवणारी यांत्रिक ताणाची अंतर्गत निर्मिती आहे. याच्या उदाहरणांमध्ये लीड झिरकोनेट टायटेनेट क्रिस्टल्सचा समावेश होतो, जे त्यांच्या मूळ परिमाणापासून स्थिर संरचना विकृत झाल्यावर मोजता येण्याजोगे पीझोइलेक्ट्रिकिटी निर्माण करतात. याउलट, जेव्हा बाह्य विद्युत क्षेत्र लागू केले जाते तेव्हा क्रिस्टल्स त्यांचे स्थिर परिमाण बदलतात, ज्याला व्यस्त पायझोइलेक्ट्रिक प्रभाव म्हणून ओळखले जाते आणि अल्ट्रासाऊंड लहरींच्या निर्मितीमध्ये वापरले जाते.
फ्रेंच भौतिकशास्त्रज्ञ जॅक आणि पियरे क्युरी यांनी 1880 मध्ये पीझोइलेक्ट्रिकिटी शोधून काढली. पीझोइलेक्ट्रिक इफेक्टचा उपयोग विविध उपयुक्त ऍप्लिकेशन्ससाठी केला गेला आहे, ज्यात ध्वनीचे उत्पादन आणि शोध, पिझोइलेक्ट्रिक इंकजेट प्रिंटिंग, उच्च व्होल्टेज वीज निर्मिती, घड्याळ जनरेटर आणि इलेक्ट्रॉनिक उपकरणे यांचा समावेश आहे. सूक्ष्म संतुलन आणि ड्राइव्ह अल्ट्रासोनिक नोजल. हे स्कॅनिंग प्रोब मायक्रोस्कोपचा आधार देखील बनवते, ज्याचा वापर अणूंच्या प्रमाणात प्रतिमांचे निराकरण करण्यासाठी केला जातो.
पिझोइलेक्ट्रिकिटीचा वापर दैनंदिन अनुप्रयोगांमध्ये देखील केला जातो, जसे की स्वयंपाक आणि गरम उपकरणे, टॉर्च, सिगारेट लाइटर आणि बरेच काही मध्ये गॅस प्रज्वलित करण्यासाठी स्पार्क निर्माण करणे. पायरोइलेक्ट्रिक प्रभाव, जो तापमान बदलाच्या प्रतिसादात विद्युत क्षमता निर्माण करणारी सामग्री आहे, याचा अभ्यास कार्ल लिनियस आणि फ्रांझ एपिनस यांनी 18 व्या शतकाच्या मध्यात केला होता. René Haüy आणि Antoine César Becquerel यांच्या ज्ञानावर आधारित, त्यांनी यांत्रिक ताण आणि विद्युत शुल्क यांच्यातील संबंध दर्शविला, परंतु त्यांचे प्रयोग अनिर्णित सिद्ध झाले.
ग्लासगो येथील हंटेरियन म्युझियमचे अभ्यागत पिएझो क्रिस्टल क्युरी कम्पेन्सेटर पाहू शकतात, जे पियरे आणि जॅक क्युरी या बंधूंच्या थेट पीझोइलेक्ट्रिक प्रभावाचे प्रात्यक्षिक आहे. पायरोइलेक्ट्रिकिटीचे त्यांचे ज्ञान आणि अंतर्निहित क्रिस्टल स्ट्रक्चर्स समजून घेऊन, त्यांनी पायरोइलेक्ट्रिकिटीचा अंदाज आणि क्रिस्टल वर्तनाचा अंदाज लावण्याची क्षमता वाढवली. टूमलाइन, क्वार्ट्ज, पुष्कराज, उसाची साखर आणि रोशेल मीठ यांसारख्या क्रिस्टल्सच्या प्रभावाने हे दिसून आले. सोडियम आणि पोटॅशियम टार्ट्रेट टेट्राहाइड्रेट, आणि क्वार्ट्ज आणि रोशेल सॉल्टने पीझोइलेक्ट्रिकिटी दर्शविली आणि पिझोइलेक्ट्रिक डिस्क विकृत झाल्यावर व्होल्टेज निर्माण करते, जरी आकारातील बदल अतिशयोक्तीपूर्ण आहे. क्युरीस कॉन्व्हर्स पीझोइलेक्ट्रिक प्रभावाचा अंदाज लावू शकले आणि 1881 मध्ये गॅब्रिएल लिप्पमन यांनी दिलेल्या मूलभूत थर्मोडायनामिक तत्त्वांवरून गणितीयदृष्ट्या उलट परिणाम काढला गेला.
क्युरींनी ताबडतोब कॉन्व्हर्स इफेक्टच्या अस्तित्वाची पुष्टी केली, आणि पीझोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल्समधील इलेक्ट्रो-इलास्टो-मेकॅनिकल विकृतीच्या संपूर्ण उलटतेचा परिमाणात्मक पुरावा मिळवला. अनेक दशकांपर्यंत, पीझोइलेक्ट्रिकिटी ही प्रयोगशाळेची उत्सुकता राहिली, परंतु पियरे आणि मेरी क्युरी यांनी पोलोनियम आणि रेडियमच्या शोधात ते एक महत्त्वाचे साधन होते. पीझोइलेक्ट्रिकिटीचे प्रदर्शन करणार्‍या क्रिस्टल स्ट्रक्चर्सचे अन्वेषण आणि व्याख्या करण्याचे त्यांचे कार्य वोल्डेमार व्होइग्टच्या लेहरबुच डेर क्रिस्टालफिसिक (क्रिस्टल भौतिकशास्त्राचे पाठ्यपुस्तक) च्या प्रकाशनात कळाले.
पिकअप्स इलेक्ट्रॉनिकली अॅम्प्लीफाईड गिटार
पायझोइलेक्ट्रिक मोटर्स ही इलेक्ट्रिक मोटर्स आहेत जी पीझोइलेक्ट्रिक प्रभावाचा वापर करून विद्युत उर्जेचे यांत्रिक उर्जेमध्ये रूपांतर करतात. पायझोइलेक्ट्रिक इफेक्ट म्हणजे यांत्रिक तणावाच्या अधीन असताना विद्युत चार्ज निर्माण करण्याची विशिष्ट सामग्रीची क्षमता. पायझोइलेक्ट्रिक मोटर्स विविध प्रकारच्या ऍप्लिकेशन्समध्ये वापरल्या जातात, घड्याळे आणि घड्याळे यांसारख्या लहान उपकरणांना उर्जा देण्यापासून ते रोबोट्स आणि वैद्यकीय उपकरणे यासारख्या मोठ्या मशीनला शक्ती देण्यापर्यंत.
पीझोइलेक्ट्रिक मोटर्सचा वापर इलेक्ट्रॉनिकली अॅम्प्लीफाईड गिटार पिकअपमध्ये केला जातो. गिटारच्या तारांच्या कंपनांना इलेक्ट्रिकल सिग्नलमध्ये रूपांतरित करण्यासाठी हे पिकअप पिझोइलेक्ट्रिक प्रभाव वापरतात. हा सिग्नल नंतर वाढविला जातो आणि अॅम्प्लीफायरकडे पाठविला जातो, ज्यामुळे गिटारचा आवाज येतो. पिझोइलेक्ट्रिक पिकअपचा वापर आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक ड्रममध्ये देखील केला जातो, जेथे ते ड्रमच्या डोक्याची कंपन शोधण्यासाठी आणि त्यांना इलेक्ट्रिकल सिग्नलमध्ये रूपांतरित करण्यासाठी वापरले जातात.
पायझोइलेक्ट्रिक मोटर्स स्कॅनिंग प्रोब मायक्रोस्कोपमध्ये देखील वापरल्या जातात, जे पायझोइलेक्ट्रिक प्रभावाचा वापर पृष्ठभागावर लहान प्रोब हलविण्यासाठी करतात. हे सूक्ष्मदर्शकाला अणूंच्या प्रमाणात प्रतिमांचे निराकरण करण्यास अनुमती देते. पिझोइलेक्ट्रिक मोटर्सचा वापर इंकजेट प्रिंटरमध्ये देखील केला जातो, जेथे ते प्रिंट हेड संपूर्ण पृष्ठावर पुढे आणि मागे हलविण्यासाठी वापरले जातात.
पायझोइलेक्ट्रिक मोटर्स वैद्यकीय उपकरणे, ऑटोमोटिव्ह घटक आणि ग्राहक इलेक्ट्रॉनिक्ससह इतर विविध अनुप्रयोगांमध्ये वापरली जातात. ते औद्योगिक अनुप्रयोगांमध्ये देखील वापरले जातात, जसे की अचूक भागांचे उत्पादन आणि जटिल घटकांच्या असेंब्लीमध्ये. पायझोइलेक्ट्रिक प्रभाव अल्ट्रासाऊंड लहरींच्या निर्मितीमध्ये देखील वापरला जातो, ज्याचा उपयोग वैद्यकीय इमेजिंगमध्ये आणि सामग्रीमधील त्रुटी शोधण्यासाठी केला जातो.
एकंदरीत, पायझोइलेक्ट्रिक मोटर्स लहान उपकरणांना उर्जा देण्यापासून मोठ्या मशीनला उर्जा देण्यापर्यंत विविध प्रकारच्या अनुप्रयोगांमध्ये वापरल्या जातात. ते पिकअप इलेक्ट्रॉनिकली अॅम्प्लीफाईड गिटार, आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक ड्रम, स्कॅनिंग प्रोब मायक्रोस्कोप, इंकजेट प्रिंटर, वैद्यकीय उपकरणे, ऑटोमोटिव्ह घटक आणि ग्राहक इलेक्ट्रॉनिक्समध्ये वापरले जातात. पिझोइलेक्ट्रिक प्रभाव अल्ट्रासाऊंड लहरींच्या निर्मितीमध्ये आणि सामग्रीमधील दोष शोधण्यासाठी देखील वापरला जातो.
आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक ड्रम ट्रिगर करते
पीझोइलेक्ट्रिकिटी हा विद्युत प्रभार आहे जो विशिष्ट घन पदार्थ जसे की क्रिस्टल्स, सिरॅमिक्स आणि हाडे आणि डीएनए सारख्या जैविक पदार्थांमध्ये जमा होतो. लागू केलेल्या यांत्रिक तणावासाठी या सामग्रीचा प्रतिसाद आहे. piezoelectricity हा शब्द ग्रीक शब्द “piezein” पासून आला आहे, ज्याचा अर्थ “पिळणे किंवा दाबणे” आणि “इलेक्ट्रॉन”, ज्याचा अर्थ “अंबर” आहे, जो विद्युत चार्जचा एक प्राचीन स्त्रोत आहे.
पायझोइलेक्ट्रिक मोटर्स ही अशी उपकरणे आहेत जी गती निर्माण करण्यासाठी पायझोइलेक्ट्रिक प्रभाव वापरतात. उलथापालथ सममिती असलेल्या क्रिस्टलीय पदार्थांच्या यांत्रिक आणि विद्युत अवस्थांमधील रेखीय इलेक्ट्रोमेकॅनिकल परस्परसंवादामुळे हा परिणाम होतो. ही एक उलट करता येण्याजोगी प्रक्रिया आहे, म्हणजे पिझोइलेक्ट्रिक प्रभाव प्रदर्शित करणारी सामग्री देखील रिव्हर्स पायझोइलेक्ट्रिक प्रभाव प्रदर्शित करते, जी लागू केलेल्या विद्युत क्षेत्रामुळे उद्भवणारी यांत्रिक ताणाची अंतर्गत निर्मिती आहे. याचे एक उदाहरण म्हणजे लीड झिरकोनेट टायटेनेट क्रिस्टल्स, जे त्यांच्या मूळ आकारापासून स्थिर संरचना विकृत झाल्यावर मोजता येण्याजोगे पीझोइलेक्ट्रिकिटी निर्माण करतात. याउलट, जेव्हा बाह्य विद्युत क्षेत्र लागू केले जाते, तेव्हा क्रिस्टल्स त्यांचे स्थिर परिमाण बदलतात, अल्ट्रासाऊंड लहरी निर्माण करतात.
पायझोइलेक्ट्रिक मोटर्सचा वापर विविध दैनंदिन अनुप्रयोगांमध्ये केला जातो, जसे की:
• स्वयंपाक आणि गरम उपकरणांमध्ये गॅस प्रज्वलित करण्यासाठी स्पार्क निर्माण करणे
• टॉर्च, सिगारेट लाइटर आणि पायरोइलेक्ट्रिक प्रभाव साहित्य
• तापमान बदलाला प्रतिसाद म्हणून विद्युत क्षमता निर्माण करणे
• आवाजाचे उत्पादन आणि शोध
• पिझोइलेक्ट्रिक इंकजेट प्रिंटिंग
• उच्च व्होल्टेज वीज निर्मिती
• घड्याळ जनरेटर आणि इलेक्ट्रॉनिक उपकरणे
• सूक्ष्म संतुलन
• प्रचंड कंपनसंख्या असलेल्या (ध्वनिलहरी) नोजल आणि अल्ट्राफाईन फोकसिंग ऑप्टिकल असेंब्ली चालवा
• स्कॅनिंग प्रोब मायक्रोस्कोपचा आधार बनवते
• अणूंच्या प्रमाणात प्रतिमांचे निराकरण करा
• इलेक्ट्रॉनिक पद्धतीने वाढवलेले गिटार पिकअप
• आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक ड्रम ट्रिगर करते.
पायझोइलेक्ट्रिक ट्रान्सड्यूसरचे इलेक्ट्रोमेकॅनिकल मॉडेलिंग
या विभागात, मी पीझोइलेक्ट्रिक ट्रान्सड्यूसरच्या इलेक्ट्रोमेकॅनिकल मॉडेलिंगचा शोध घेईन. मी पीझोइलेक्ट्रिकिटीच्या शोधाचा इतिहास, त्याचे अस्तित्व सिद्ध करणारे प्रयोग आणि पायझोइलेक्ट्रिक उपकरणे आणि साहित्याचा विकास पाहणार आहे. मी फ्रेंच भौतिकशास्त्रज्ञ पियरे आणि जॅक क्युरी, कार्ल लिनिअस आणि फ्रांझ एपिनस, रेने हाऊ आणि अँटोइन सीझर बेकरेल, गॅब्रिएल लिप्पमन आणि वोल्डेमार व्होइग्ट यांच्या योगदानाबद्दल देखील चर्चा करणार आहे.
फ्रेंच भौतिकशास्त्रज्ञ पियरे आणि जॅक क्युरी
पायझोइलेक्ट्रिकिटी ही एक इलेक्ट्रोमेकॅनिकल घटना आहे जिथे क्रिस्टल्स, सिरॅमिक्स आणि हाडे आणि डीएनए सारख्या जैविक पदार्थांसारख्या विशिष्ट घन पदार्थांमध्ये इलेक्ट्रिक चार्ज जमा होतो. हे शुल्क लागू केलेल्या यांत्रिक तणावाच्या प्रतिसादात व्युत्पन्न केले जाते. 'पीझोइलेक्ट्रिकिटी' हा शब्द ग्रीक शब्द 'पिझेइन' या शब्दापासून बनला आहे, ज्याचा अर्थ 'पिळणे किंवा दाबणे' आणि 'इलेक्ट्रॉन', म्हणजे 'अंबर', विद्युत चार्जचा एक प्राचीन स्त्रोत.
व्युत्क्रम सममिती असलेल्या पदार्थांमधील यांत्रिक आणि विद्युत अवस्थांमधील रेखीय इलेक्ट्रोमेकॅनिकल परस्परसंवादातून पायझोइलेक्ट्रिक प्रभावाचा परिणाम होतो. हा परिणाम उलट करता येण्याजोगा आहे, याचा अर्थ असा की पायझोइलेक्ट्रिक प्रभाव प्रदर्शित करणारी सामग्री देखील उलट पायझोइलेक्ट्रिक प्रभाव प्रदर्शित करते, जेथे लागू केलेल्या विद्युत क्षेत्राच्या प्रतिसादात यांत्रिक ताणाची अंतर्गत निर्मिती केली जाते. उदाहरणार्थ, लीड झिरकोनेट टायटॅनेट क्रिस्टल्स मोजता येण्याजोगे पीझोइलेक्ट्रिकिटी निर्माण करतात जेव्हा त्यांची स्थिर रचना मूळ परिमाणापासून विकृत होते. याउलट, जेव्हा बाह्य विद्युत क्षेत्र लागू केले जाते, तेव्हा क्रिस्टल्स त्यांचे स्थिर परिमाण बदलतात, उलट पायझोइलेक्ट्रिक प्रभाव म्हणून ओळखल्या जाणार्‍या प्रक्रियेत अल्ट्रासाऊंड लहरी निर्माण करतात.
1880 मध्ये, फ्रेंच भौतिकशास्त्रज्ञ पियरे आणि जॅक क्युरी यांनी पीझोइलेक्ट्रिक प्रभावाचा शोध लावला आणि तेव्हापासून त्याचा उपयोग विविध उपयुक्त अनुप्रयोगांसाठी केला जात आहे, ज्यात ध्वनी निर्मिती आणि शोध, पायझोइलेक्ट्रिक इंकजेट प्रिंटिंग, उच्च व्होल्टेज वीज निर्मिती, घड्याळ जनरेटर आणि इलेक्ट्रॉनिक अल्ट्राफाइन फोकसिंग ऑप्टिकल असेंब्लीसाठी मायक्रोबॅलेन्स आणि ड्राईव्ह अल्ट्रासोनिक नोझल्स सारखी उपकरणे. हे प्रोब मायक्रोस्कोप स्कॅनिंगसाठी आधार देखील बनवते, जे अणूंच्या प्रमाणात प्रतिमांचे निराकरण करू शकते. पीझोइलेक्ट्रिकिटीचा वापर इलेक्ट्रॉनिकली अॅम्प्लीफाईड गिटार आणि आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक ड्रमसाठी ट्रिगर करण्यासाठी पिकअपमध्ये देखील केला जातो.
पीझोइलेक्ट्रिकिटीमध्ये रोजचे उपयोग देखील आढळतात, जसे की स्वयंपाक आणि गरम उपकरणे, टॉर्च, सिगारेट लाइटर आणि बरेच काही मध्ये गॅस प्रज्वलित करण्यासाठी स्पार्क निर्माण करणे. पायरोइलेक्ट्रिक प्रभाव, जेथे तापमान बदलाला प्रतिसाद म्हणून एखादी सामग्री विद्युत क्षमता निर्माण करते, याचा अभ्यास कार्ल लिनियस आणि फ्रांझ एपिनस यांनी 18 व्या शतकाच्या मध्यात केला होता, ज्याने रेने हाऊ आणि अँटोइन सीझर बेकरेल यांच्या ज्ञानावर रेखाटले होते, ज्यांनी त्यांच्या दरम्यान संबंध ठेवला होता. यांत्रिक ताण आणि इलेक्ट्रिक चार्ज, जरी त्यांचे प्रयोग अनिर्णित सिद्ध झाले.
पायरोइलेक्ट्रिकिटीचे त्यांचे ज्ञान अंतर्निहित क्रिस्टल स्ट्रक्चर्सच्या आकलनासह एकत्रित करून, क्युरी पायरोइलेक्ट्रिकिटीचा अंदाज लावण्यास आणि क्रिस्टल्सच्या वर्तनाचा अंदाज लावण्यास सक्षम होते. टूमलाइन, क्वार्ट्ज, पुष्कराज, उसाची साखर आणि रोशेल मीठ यांसारख्या क्रिस्टल्सच्या प्रभावामध्ये हे दिसून आले. सोडियम पोटॅशियम टार्ट्रेट टेट्राहाइड्रेट आणि क्वार्ट्ज देखील पीझोइलेक्ट्रिकिटी प्रदर्शित करतात. पिझोइलेक्ट्रिक डिस्क विकृत झाल्यावर व्होल्टेज निर्माण करते, जरी क्युरीजच्या प्रात्यक्षिकात हे अतिशयोक्तीपूर्ण आहे. 1881 मध्ये गॅब्रिएल लिप्पमन यांनी दिलेल्या मूलभूत थर्मोडायनामिक तत्त्वांवरून ते कॉन्व्हर्स पीझोइलेक्ट्रिक प्रभावाचा अंदाज लावण्यात आणि गणितीयदृष्ट्या ते काढू शकले.
क्युरींनी ताबडतोब कॉन्व्हर्स इफेक्टच्या अस्तित्वाची पुष्टी केली, आणि पीझोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल्समधील इलेक्ट्रो-इलास्टो-मेकॅनिकल विकृतीच्या संपूर्ण उलटतेचा परिमाणात्मक पुरावा मिळवला. त्यानंतरच्या दशकांमध्ये, पियरे आणि मेरी क्युरी यांनी पोलोनियम आणि रेडियमच्या शोधात एक महत्त्वपूर्ण साधन बनले नाही तोपर्यंत पीझोइलेक्ट्रिकिटी ही प्रयोगशाळेची उत्सुकता होती. पीझोइलेक्ट्रिकिटीचे प्रदर्शन करणार्‍या क्रिस्टल स्ट्रक्चर्सचे अन्वेषण आणि व्याख्या करण्याचे त्यांचे कार्य वोल्डेमार व्होइग्टच्या 'लेहरबुच डेर क्रिस्टालफिजिक' (क्रिस्टल भौतिकशास्त्राचे पाठ्यपुस्तक) च्या प्रकाशनात कळाले.
प्रयोग अनिर्णित सिद्ध झाले
पीझोइलेक्ट्रिकिटी ही एक इलेक्ट्रोमेकॅनिकल घटना आहे ज्यामध्ये क्रिस्टल्स, सिरॅमिक्स आणि हाडे आणि डीएनए सारख्या जैविक पदार्थांसारख्या विशिष्ट घन पदार्थांमध्ये इलेक्ट्रिक चार्ज जमा होतो. हा लागू केलेल्या यांत्रिक ताणाला प्रतिसाद आहे आणि 'पीझोइलेक्ट्रिकिटी' हा शब्द ग्रीक शब्द 'piezein', ज्याचा अर्थ 'पिळणे किंवा दाबणे', आणि 'élektron', म्हणजे 'अंबर', विद्युत चार्जचा एक प्राचीन स्त्रोत यावरून आला आहे.
व्युत्क्रम सममिती असलेल्या क्रिस्टलीय पदार्थांच्या यांत्रिक आणि विद्युतीय अवस्थांमधील रेखीय इलेक्ट्रोमेकॅनिकल परस्परसंवादाचा परिणाम पायझोइलेक्ट्रिक परिणाम होतो. ही एक उलट करता येणारी प्रक्रिया आहे; पायझोइलेक्ट्रिक प्रभाव प्रदर्शित करणारी सामग्री रिव्हर्स पायझोइलेक्ट्रिक प्रभाव देखील प्रदर्शित करते, जो लागू केलेल्या विद्युत क्षेत्रामुळे उद्भवणारी यांत्रिक ताणाची अंतर्गत निर्मिती आहे. उदाहरणार्थ, लीड झिरकोनेट टायटॅनेट क्रिस्टल्स मोजता येण्याजोगे पीझोइलेक्ट्रिकिटी निर्माण करतात जेव्हा त्यांची स्थिर रचना मूळ परिमाणापासून विकृत होते. याउलट, जेव्हा बाह्य विद्युत क्षेत्र लागू केले जाते तेव्हा क्रिस्टल्स त्यांचे स्थिर परिमाण बदलू शकतात, ज्याला उलटा पायझोइलेक्ट्रिक प्रभाव म्हणून ओळखले जाते, जे अल्ट्रासाऊंड लहरींच्या निर्मितीमध्ये वापरले जाते.
फ्रेंच भौतिकशास्त्रज्ञ पियरे आणि जॅक क्युरी यांनी 1880 मध्ये पीझोइलेक्ट्रिकिटी शोधून काढली. तेव्हापासून ध्वनीचे उत्पादन आणि शोध, पिझोइलेक्ट्रिक इंकजेट प्रिंटिंग, उच्च व्होल्टेज वीज निर्मिती, घड्याळ जनरेटर आणि मायक्रो बॅलेन्स सारख्या इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांसह विविध उपयुक्त अनुप्रयोगांसाठी याचा वापर केला जात आहे. , प्रचंड कंपनसंख्या असलेल्या (ध्वनिलहरी) नोझल्स आणि अल्ट्राफाइन फोकसिंग ऑप्टिकल असेंब्ली चालवा. हे स्कॅनिंग प्रोब मायक्रोस्कोपचा आधार देखील बनवते, जे अणूंच्या स्केलवर प्रतिमांचे निराकरण करू शकते. पीझोइलेक्ट्रिकिटीचा वापर इलेक्ट्रॉनिकली अॅम्प्लीफाईड गिटारसाठी पिकअपमध्ये आणि आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक ड्रमसाठी ट्रिगरमध्ये देखील केला जातो.
पिझोइलेक्ट्रिकिटीचा स्वयंपाक आणि गरम साधने, टॉर्च, सिगारेट लाइटर आणि बरेच काही मध्ये गॅस प्रज्वलित करण्यासाठी स्पार्क निर्माण करण्यासाठी दररोजचा वापर आढळतो. पायरोइलेक्ट्रिक इफेक्ट, ज्यामध्ये तापमान बदलाला प्रतिसाद म्हणून एखादी सामग्री विद्युत क्षमता निर्माण करते, याचा अभ्यास कार्ल लिनियस आणि फ्रांझ एपिनस यांनी 18 व्या शतकाच्या मध्यात केला होता, ज्याने रेने हाऊ आणि अँटोइन सीझर बेकरेल यांच्या ज्ञानावर रेखाटले होते, ज्यांनी नातेसंबंध ठेवला होता. यांत्रिक ताण आणि इलेक्ट्रिक चार्ज दरम्यान. प्रयोग अनिर्णित सिद्ध झाले.
पायरोइलेक्ट्रिकिटीचे एकत्रित ज्ञान आणि अंतर्निहित क्रिस्टल स्ट्रक्चर्सची समज यामुळे पायरोइलेक्ट्रिकिटीचा अंदाज आणि क्रिस्टल्सच्या वर्तनाचा अंदाज लावण्याची क्षमता निर्माण झाली. टूमलाइन, क्वार्ट्ज, पुष्कराज, उसाची साखर आणि रोशेल मीठ यांसारख्या क्रिस्टल्सच्या प्रभावामध्ये हे दिसून आले. सोडियम पोटॅशियम टार्ट्रेट टेट्राहाइड्रेट आणि क्वार्ट्ज देखील पीझोइलेक्ट्रिकिटी प्रदर्शित करतात आणि विकृत झाल्यावर व्होल्टेज निर्माण करण्यासाठी पिझोइलेक्ट्रिक डिस्कचा वापर केला जातो. क्युरीजच्या डायरेक्ट पीझोइलेक्ट्रिक प्रभावाच्या प्रात्यक्षिकात हे अतिशयोक्तीपूर्ण होते.
पियरे आणि जॅक क्युरी या बंधूंनी कॉन्व्हर्स पीझोइलेक्ट्रिक इफेक्टचा अंदाज लावला आणि 1881 मध्ये गॅब्रिएल लिप्पमन यांच्या मूलभूत थर्मोडायनामिक तत्त्वांवरून गणितीयदृष्ट्या उलट परिणाम काढला गेला. क्युरींनी ताबडतोब कॉन्व्हर्स इफेक्टच्या अस्तित्वाची पुष्टी केली आणि पूर्ण प्रमाणाचा पुरावा मिळवला. पीझोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल्समधील इलेक्ट्रो-इलास्टो-मेकॅनिकल विकृतीची उलटता.
अनेक दशकांपर्यंत, पीझोइलेक्ट्रिकिटी ही प्रयोगशाळेची उत्सुकता राहिली, परंतु पियरे आणि मेरी क्युरी यांनी पोलोनियम आणि रेडियमच्या शोधात ते एक महत्त्वाचे साधन होते. पीझोइलेक्ट्रिकिटीचे प्रदर्शन करणार्‍या क्रिस्टल स्ट्रक्चर्सचे अन्वेषण आणि व्याख्या करण्याचे त्यांचे कार्य वोल्डेमार व्होइग्टच्या लेहरबुच डेर क्रिस्टालफिसिक (क्रिस्टल भौतिकशास्त्राचे पाठ्यपुस्तक) च्या प्रकाशनात संपले. यात पायझोइलेक्ट्रिकिटीसाठी सक्षम असलेल्या नैसर्गिक क्रिस्टल वर्गांचे वर्णन केले आणि टेन्सर विश्लेषण वापरून पीझोइलेक्ट्रिक स्थिरांकांची कठोर व्याख्या केली. पायझोइलेक्ट्रिक ट्रान्सड्यूसरचा हा पहिला व्यावहारिक वापर होता आणि सोनार पहिल्या महायुद्धादरम्यान विकसित करण्यात आला. फ्रान्समध्ये पॉल लॅन्गेव्हिन आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी अल्ट्रासोनिक पाणबुडी डिटेक्टर विकसित केले.
कार्ल लिनियस आणि फ्रांझ एपिनस
पीझोइलेक्ट्रिकिटी ही एक इलेक्ट्रोमेकॅनिकल घटना आहे ज्यामध्ये क्रिस्टल्स, सिरॅमिक्स आणि हाडे आणि डीएनए सारख्या जैविक पदार्थांसारख्या विशिष्ट घन पदार्थांमध्ये इलेक्ट्रिक चार्ज जमा होतो. हे शुल्क लागू यांत्रिक तणावाच्या प्रतिसादात तयार केले जाते. piezoelectricity हा शब्द ग्रीक शब्द πιέζειν (piezein) या शब्दापासून आला आहे ज्याचा अर्थ "पिळणे किंवा दाबणे" आणि ἤλεκτρον (ēlektron) म्हणजे "अंबर", विद्युत चार्जचा एक प्राचीन स्त्रोत.
पिझोइलेक्ट्रिक प्रभावाचा परिणाम उलटा सममिती असलेल्या क्रिस्टलीय पदार्थांच्या यांत्रिक आणि विद्युतीय अवस्थांमधील रेखीय इलेक्ट्रोमेकॅनिकल परस्परसंवादातून होतो. हा परिणाम उलट करता येण्याजोगा आहे, याचा अर्थ पीझोइलेक्ट्रिकिटी प्रदर्शित करणारी सामग्री देखील रिव्हर्स पीझोइलेक्ट्रिक प्रभाव दर्शविते, जो लागू केलेल्या विद्युत क्षेत्रामुळे उद्भवणारी यांत्रिक ताणाची अंतर्गत निर्मिती आहे. उदाहरणार्थ, लीड झिरकोनेट टायटॅनेट क्रिस्टल्स मोजता येण्याजोगे पीझोइलेक्ट्रिकिटी निर्माण करतात जेव्हा त्यांची स्थिर रचना मूळ परिमाणापासून विकृत होते. याउलट, जेव्हा बाह्य विद्युत क्षेत्र लागू केले जाते तेव्हा क्रिस्टल्स त्यांचे स्थिर परिमाण बदलू शकतात, ज्याला इनव्हर्स पायझोइलेक्ट्रिक प्रभाव म्हणून ओळखले जाते आणि अल्ट्रासाऊंड लहरींच्या निर्मितीमध्ये वापरले जाते.
1880 मध्ये, फ्रेंच भौतिकशास्त्रज्ञ जॅक आणि पियरे क्युरी यांनी पिझोइलेक्ट्रिक प्रभावाचा शोध लावला आणि त्यानंतर त्याचा उपयोग अनेक उपयुक्त अनुप्रयोगांसाठी केला गेला, ज्यात आवाजाचे उत्पादन आणि शोध, पायझोइलेक्ट्रिक इंकजेट प्रिंटिंग, उच्च व्होल्टेज वीज निर्मिती, घड्याळ जनरेटर, इलेक्ट्रॉनिक उपकरणे, सूक्ष्म संतुलन यांचा समावेश आहे. , प्रचंड कंपनसंख्या असलेल्या (ध्वनिलहरी) नोझल्स आणि अल्ट्राफाइन फोकसिंग ऑप्टिकल असेंब्ली चालवा. हे स्कॅनिंग प्रोब मायक्रोस्कोपसाठी आधार देखील बनवते, ज्याचा वापर अणूंच्या स्केलवर प्रतिमा सोडवण्यासाठी केला जातो. पीझोइलेक्ट्रिकिटीचा वापर इलेक्ट्रॉनिकली अॅम्प्लीफाईड गिटार आणि आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक ड्रमसाठी ट्रिगर करण्यासाठी पिकअपमध्ये देखील केला जातो.
पिझोइलेक्ट्रिकिटी दैनंदिन वापरांमध्ये देखील आढळते, जसे की स्वयंपाक आणि गरम उपकरणे, टॉर्च, सिगारेट लाइटर आणि पायरोइलेक्ट्रिक इफेक्टमध्ये गॅस प्रज्वलित करण्यासाठी स्पार्क निर्माण करणे, जे तापमान बदलाच्या प्रतिसादात जेव्हा एखादी सामग्री विद्युत क्षमता निर्माण करते. 18 व्या शतकाच्या मध्यात कार्ल लिनियस आणि फ्रांझ एपिनस यांनी या परिणामाचा अभ्यास केला, रेने हाऊ आणि एंटोइन सीझर बेकरेल यांच्या ज्ञानावर आधारित, ज्यांनी यांत्रिक ताण आणि विद्युत चार्ज यांच्यातील संबंध ठेवला, तरीही त्यांचे प्रयोग अनिर्णित सिद्ध झाले.
स्कॉटलंडमधील हंटेरियन म्युझियममधील क्युरी कम्पेन्सेटरमधील पायझो क्रिस्टलचे दृश्य हे पियरे आणि जॅक क्युरी या बंधूंच्या थेट पीझोइलेक्ट्रिक प्रभावाचे प्रात्यक्षिक आहे. पायरोइलेक्ट्रिकिटीचे त्यांचे ज्ञान अंतर्निहित क्रिस्टल स्ट्रक्चर्सच्या आकलनासह एकत्रित केल्याने पायरोइलेक्ट्रिकिटीचा अंदाज आणि क्रिस्टल वर्तनाचा अंदाज घेण्याची क्षमता वाढली. टूमलाइन, क्वार्ट्ज, पुष्कराज, उसाची साखर आणि रोशेल मीठ यांसारख्या क्रिस्टल्सच्या प्रभावाने हे दिसून आले. सोडियम पोटॅशियम टार्ट्रेट टेट्राहाइड्रेट आणि रोशेल सॉल्टमधील क्वार्ट्जने पीझोइलेक्ट्रिकिटी प्रदर्शित केली आणि पिझोइलेक्ट्रिक डिस्क विकृत झाल्यावर व्होल्टेज निर्माण करते, जरी क्युरीजच्या प्रात्यक्षिकात हे अतिशयोक्तीपूर्ण आहे.
कन्व्हर्स पिझोइलेक्ट्रिक प्रभावाचा अंदाज आणि मूलभूत थर्मोडायनामिक तत्त्वांवरून त्याची गणिती वजावट 1881 मध्ये गॅब्रिएल लिप्पमन यांनी केली होती. क्युरींनी ताबडतोब कॉन्व्हर्स इफेक्टच्या अस्तित्वाची पुष्टी केली आणि इलेक्ट्रो-इलास्टो-च्या संपूर्ण उलटतेचा मात्रात्मक पुरावा मिळवला. पायझोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल्समधील यांत्रिक विकृती. पियरे आणि मेरी क्युरी यांनी पोलोनियम आणि रेडियमच्या शोधात एक महत्त्वपूर्ण साधन बनले नाही तोपर्यंत, पीझोइलेक्ट्रिकिटी ही प्रयोगशाळेतील कुतूहल बनली होती, ज्यांनी त्याचा वापर पीझोइलेक्ट्रिकिटीचे प्रदर्शन करणार्‍या क्रिस्टल संरचनांचा शोध आणि व्याख्या करण्यासाठी केला होता. हे वोल्डेमार व्होइग्टच्या लेहरबुच डर क्रिस्टलफिसिक (क्रिस्टल भौतिकशास्त्राचे पाठ्यपुस्तक) च्या प्रकाशनात कळाले, ज्याने पीझोइलेक्ट्रिकिटीसाठी सक्षम नैसर्गिक क्रिस्टल वर्गांचे वर्णन केले आणि टेन्सर विश्लेषण वापरून पीझोइलेक्ट्रिक स्थिरांकांची कठोर व्याख्या केली.
पायझोइलेक्ट्रिक ट्रान्सड्यूसरच्या या व्यावहारिक वापरामुळे पहिल्या महायुद्धात सोनारचा विकास झाला. फ्रान्समध्ये पॉल लॅन्गेव्हिन आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी अल्ट्रासोनिक पाणबुडी डिटेक्टर विकसित केले. डिटेक्टरमध्ये स्टील प्लेट्सवर काळजीपूर्वक चिकटलेल्या पातळ क्वार्ट्ज क्रिस्टल्सपासून बनविलेले ट्रान्सड्यूसर आणि ट्रान्सड्यूसरमधून उच्च वारंवारता नाडी उत्सर्जित केल्यानंतर परत येणारा प्रतिध्वनी शोधण्यासाठी हायड्रोफोनचा समावेश होता. एखाद्या वस्तूवरून उसळणाऱ्या ध्वनी लहरींचा प्रतिध्वनी ऐकण्यासाठी लागणारा वेळ मोजून ते त्या वस्तूचे अंतर मोजू शकले. हा सोनार यशस्वी करण्यासाठी त्यांनी पीझोइलेक्ट्रिकिटीचा वापर केला आणि या प्रकल्पामुळे पीझोइलेक्ट्रिक उपकरणांमध्ये तीव्र विकास आणि स्वारस्य निर्माण झाले.
रेने हाऊ आणि अँटोइन सीझर बेकरेल
पीझोइलेक्ट्रिकिटी ही एक इलेक्ट्रोमेकॅनिकल घटना आहे जी काही घन पदार्थ, जसे की क्रिस्टल्स, सिरॅमिक्स आणि हाडे आणि डीएनए सारख्या जैविक पदार्थांवर लागू केलेल्या यांत्रिक तणावाच्या प्रतिसादात विद्युत शुल्क जमा होते तेव्हा उद्भवते. Piezoelectricity हा ग्रीक शब्द 'piezein' या शब्दापासून आला आहे, ज्याचा अर्थ 'पिळणे किंवा दाबणे' आणि 'इलेक्ट्रॉन', म्हणजे 'अंबर', विद्युत चार्जचा एक प्राचीन स्त्रोत आहे.
पिझोइलेक्ट्रिक प्रभावाचा परिणाम उलथापालथ सममिती असलेल्या क्रिस्टलीय पदार्थांमधील यांत्रिक आणि विद्युत अवस्थांमधील रेखीय इलेक्ट्रोमेकॅनिकल परस्परसंवादातून होतो. हा परिणाम उलट करता येण्याजोगा आहे, याचा अर्थ असा की पायझोइलेक्ट्रिक प्रभाव प्रदर्शित करणारी सामग्री देखील रिव्हर्स पायझोइलेक्ट्रिक प्रभाव दर्शविते किंवा लागू केलेल्या विद्युत क्षेत्रामुळे यांत्रिक ताणाची अंतर्गत निर्मिती दर्शवितात. उदाहरणार्थ, लीड झिरकोनेट टायटॅनेट क्रिस्टल्स मोजता येण्याजोगे पीझोइलेक्ट्रिकिटी निर्माण करतात जेव्हा त्यांची स्थिर रचना मूळ परिमाणापासून विकृत होते. याउलट, जेव्हा बाह्य विद्युत क्षेत्र लागू केले जाते तेव्हा क्रिस्टल्स त्यांचे स्थिर परिमाण बदलू शकतात, परिणामी उलट पायझोइलेक्ट्रिक प्रभाव आणि अल्ट्रासाऊंड लहरींचे उत्पादन होते.
फ्रेंच भौतिकशास्त्रज्ञ पियरे आणि जॅक क्युरी यांनी 1880 मध्ये पीझोइलेक्ट्रिक प्रभावाचा शोध लावला. या प्रभावाचा उपयोग विविध उपयुक्त अनुप्रयोगांसाठी केला गेला आहे, ज्यात आवाजाचे उत्पादन आणि शोध, पायझोइलेक्ट्रिक इंकजेट प्रिंटिंग, उच्च व्होल्टेज वीज निर्मिती, घड्याळ जनरेटर आणि इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांचा समावेश आहे. मायक्रोबॅलेंस, ड्राईव्ह अल्ट्रासोनिक नोझल्स आणि अल्ट्राफाइन फोकसिंग ऑप्टिकल असेंब्ली. हे स्कॅनिंग प्रोब मायक्रोस्कोपचा आधार देखील बनवते, जे अणूंच्या प्रमाणात प्रतिमांचे निराकरण करू शकते. पीझोइलेक्ट्रिकिटीचा वापर इलेक्ट्रॉनिकली अॅम्प्लीफाईड गिटारसाठी पिकअपमध्ये आणि आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक ड्रमसाठी ट्रिगरमध्ये देखील केला जातो.
पीझोइलेक्ट्रिक प्रभावाचा प्रथम अभ्यास कार्ल लिनियस आणि फ्रांझ एपिनस यांनी 18 व्या शतकाच्या मध्यात केला होता, रेने हाऊ आणि अँटोइन सीझर बेकरेल यांच्या ज्ञानावर आधारित, ज्यांनी यांत्रिक ताण आणि विद्युत शुल्क यांच्यातील संबंध दर्शविला होता. तथापि, प्रयोग अनिर्णित सिद्ध झाले. पायरोइलेक्ट्रिकिटीचे ज्ञान आणि अंतर्निहित क्रिस्टल स्ट्रक्चर्सच्या आकलनासह, यामुळे पायरोइलेक्ट्रिकिटीचा अंदाज आणि क्रिस्टल वर्तनाचा अंदाज लावण्याची क्षमता वाढली. टूमलाइन, क्वार्ट्ज, पुष्कराज, उसाची साखर आणि रोशेल मीठ यांसारख्या क्रिस्टल्सच्या प्रभावामध्ये हे दिसून आले. सोडियम पोटॅशियम टार्ट्रेट टेट्राहाइड्रेट आणि क्वार्ट्ज देखील पीझोइलेक्ट्रिकिटी प्रदर्शित करतात आणि विकृत झाल्यावर व्होल्टेज निर्माण करण्यासाठी पिझोइलेक्ट्रिक डिस्कचा वापर केला जातो. स्कॉटलंडच्या संग्रहालयात क्युरीजच्या प्रात्यक्षिकात हा परिणाम अतिशयोक्तीपूर्ण होता, ज्याने थेट पायझोइलेक्ट्रिक प्रभाव दर्शविला.
पियरे आणि जॅक क्युरी या बंधूंनी पीझोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल्समधील इलेक्ट्रो-इलास्टो-मेकॅनिकल विकृतीच्या संपूर्ण उलटतेचा परिमाणात्मक पुरावा मिळवला. पियरे आणि मेरी क्युरी यांच्या पोलोनियम आणि रेडियमच्या शोधात ते एक महत्त्वाचे साधन बनले नाही तोपर्यंत, पीझोइलेक्ट्रिकिटी ही प्रयोगशाळेची उत्सुकता राहिली. या कार्याने पीझोइलेक्ट्रिकिटीचे प्रदर्शन करणार्‍या क्रिस्टल स्ट्रक्चर्सचा शोध लावला आणि परिभाषित केला, वोल्डेमार व्होइग्टच्या लेहरबुच डर क्रिस्टालफिसिक (क्रिस्टल भौतिकशास्त्राचे पाठ्यपुस्तक) च्या प्रकाशनात पराभूत झाले.
क्युरींनी ताबडतोब संभाषण परिणामाच्या अस्तित्वाची पुष्टी केली आणि उलट परिणामाच्या मूलभूत थर्मोडायनामिक तत्त्वांचा गणिती अंदाज लावला. हे 1881 मध्ये गॅब्रिएल लिप्पमन यांनी केले होते. पहिल्या महायुद्धात सोनार विकसित करण्यासाठी पीझोइलेक्ट्रिकिटीचा वापर करण्यात आला. फ्रान्समध्ये पॉल लॅन्गेव्हिन आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी अल्ट्रासोनिक पाणबुडी डिटेक्टर विकसित केले. या डिटेक्टरमध्ये स्टीलच्या प्लेट्सवर काळजीपूर्वक चिकटलेल्या पातळ क्वार्ट्ज क्रिस्टल्सपासून बनविलेले ट्रान्सड्यूसर आणि परत आलेला प्रतिध्वनी शोधण्यासाठी हायड्रोफोनचा समावेश होता. ट्रान्सड्यूसरमधून उच्च वारंवारता पल्स उत्सर्जित करून आणि एखाद्या वस्तूवरून उसळणाऱ्या ध्वनी लहरींचा प्रतिध्वनी ऐकण्यासाठी लागणारा वेळ मोजून, ते त्या वस्तूचे अंतर मोजू शकतात.
पीझोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल्सचा वापर दुसऱ्या महायुद्धानंतर बेल टेलिफोन प्रयोगशाळांनी विकसित केला. फ्रेडरिक आर. अभाव, रेडिओ टेलिफोनी अभियांत्रिकी विभागात कार्यरत, एक कट क्रिस्टल विकसित केले जे तापमानाच्या विस्तृत श्रेणीवर कार्य करू शकते. लॅकच्या क्रिस्टलला पूर्वीच्या क्रिस्टल्सच्या जड उपकरणांची आवश्यकता नव्हती, ज्यामुळे विमानात त्याचा वापर सुलभ झाला. या विकासामुळे मित्र राष्ट्रांच्या हवाई दलांना एव्हिएशन रेडिओचा वापर करून समन्वित सामूहिक हल्ले करण्यास परवानगी मिळाली. युनायटेड स्टेट्समधील पीझोइलेक्ट्रिक उपकरणे आणि सामग्रीच्या विकासामुळे कंपन्यांना क्षेत्रातील युद्धकाळाच्या सुरुवातीच्या विकासामध्ये आणि नवीन सामग्रीसाठी फायदेशीर पेटंट मिळवण्यात स्वारस्य निर्माण झाले. क्वार्ट्ज क्रिस्टल्सचे व्यावसायिकरित्या पीझोइलेक्ट्रिक सामग्री म्हणून शोषण केले गेले आणि शास्त्रज्ञांनी उच्च कार्यक्षमता सामग्री शोधली. सामग्रीमध्ये प्रगती आणि उत्पादन प्रक्रियेची परिपक्वता असूनही, युनायटेड स्टेट्स
गॅब्रिएल लिप्पमन
पीझोइलेक्ट्रिकिटी ही एक इलेक्ट्रोमेकॅनिकल घटना आहे ज्यामध्ये क्रिस्टल्स, सिरॅमिक्स आणि हाडे आणि डीएनए सारख्या जैविक पदार्थांसारख्या विशिष्ट घन पदार्थांमध्ये इलेक्ट्रिक चार्ज जमा होतो. उलथापालथ सममिती असलेल्या सामग्रीमधील यांत्रिक आणि विद्युत अवस्थांमधील परस्परसंवादाचा परिणाम आहे. 1880 मध्ये फ्रेंच भौतिकशास्त्रज्ञ पियरे आणि जॅक क्युरी यांनी प्रथम पिझोइलेक्ट्रिकिटीचा शोध लावला.
ध्वनीचे उत्पादन आणि शोध, पीझोइलेक्ट्रिक इंकजेट प्रिंटिंग आणि उच्च व्होल्टेज वीज निर्मिती यासह विविध उपयुक्त अनुप्रयोगांसाठी पीझोइलेक्ट्रिकिटीचा वापर केला गेला आहे. Piezoelectricity ग्रीक शब्द πιέζειν (piezein) ज्याचा अर्थ "पिळणे किंवा दाबणे" आणि ἤλεκτρον (ēlektron) म्हणजे "अंबर", इलेक्ट्रिक चार्जचा एक प्राचीन स्त्रोत यावरून आला आहे.
पायझोइलेक्ट्रिक इफेक्ट उलट करता येण्याजोगा असतो, याचा अर्थ असा की पीझोइलेक्ट्रिकिटी दर्शविणारी सामग्री देखील रिव्हर्स पायझोइलेक्ट्रिक प्रभाव प्रदर्शित करते, ज्यामध्ये विद्युत क्षेत्राच्या वापरामुळे यांत्रिक ताणाची अंतर्गत निर्मिती होते. उदाहरणार्थ, लीड झिरकोनेट टायटॅनेट क्रिस्टल्स मोजता येण्याजोगे पीझोइलेक्ट्रिकिटी निर्माण करतात जेव्हा त्यांची स्थिर रचना मूळ परिमाणापासून विकृत होते. याउलट, जेव्हा बाह्य विद्युत क्षेत्र लागू केले जाते तेव्हा क्रिस्टल्स त्यांचे स्थिर परिमाण बदलू शकतात, ही प्रक्रिया व्यस्त पायझोइलेक्ट्रिक प्रभाव म्हणून ओळखली जाते. ही प्रक्रिया अल्ट्रासाऊंड लहरी तयार करण्यासाठी वापरली जाऊ शकते.
18 व्या शतकाच्या मध्यापासून पायझोइलेक्ट्रिक प्रभावाचा अभ्यास केला जात आहे, जेव्हा कार्ल लिनिअस आणि फ्रांझ एपिनस यांनी रेने हाऊ आणि अँटोइन सीझर बेकरेल यांच्या ज्ञानावर आधारित यांत्रिक ताण आणि विद्युत शुल्क यांच्यातील संबंध दर्शविला. तथापि, प्रयोग अनिर्णित सिद्ध झाले. पायरोइलेक्ट्रिकिटीचे एकत्रित ज्ञान आणि अंतर्निहित क्रिस्टल स्ट्रक्चर्सच्या आकलनामुळे पायरोइलेक्ट्रिकिटीचा अंदाज येईपर्यंत संशोधक क्रिस्टल वर्तनाचा अंदाज लावू शकले नाहीत. टूमलाइन, क्वार्ट्ज, पुष्कराज, उसाची साखर आणि रोशेल मीठ यांसारख्या क्रिस्टल्सच्या प्रभावाने हे दिसून आले.
गॅब्रिएल लिप्पमन यांनी 1881 मध्ये कॉन्व्हर्स पीझोइलेक्ट्रिक इफेक्टची मूलभूत थर्मोडायनामिक तत्त्वे गणितीय पद्धतीने काढली. क्युरींनी ताबडतोब कॉन्व्हर्स इफेक्टच्या अस्तित्वाची पुष्टी केली, आणि पीझोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल्समधील इलेक्ट्रो-इलास्टो-मेकॅनिकल विकृतीच्या संपूर्ण उलटतेचा परिमाणात्मक पुरावा मिळवला.
पियरे आणि मेरी क्युरी यांनी पोलोनियम आणि रेडियमच्या शोधात एक महत्त्वपूर्ण साधन बनले नाही तोपर्यंत पीझोइलेक्ट्रिकिटी ही प्रयोगशाळेतील उत्सुकता राहिली. पीझोइलेक्ट्रिकिटीचे प्रदर्शन करणार्‍या क्रिस्टल स्ट्रक्चर्सचे अन्वेषण आणि व्याख्या करण्याचे त्यांचे कार्य वोल्डेमार व्होइग्टच्या लेहरबुच डेर क्रिस्टालफिसिक (क्रिस्टल भौतिकशास्त्राचे पाठ्यपुस्तक) च्या प्रकाशनात संपले. यात पायझोइलेक्ट्रिकिटीसाठी सक्षम असलेल्या नैसर्गिक क्रिस्टल वर्गांचे वर्णन केले गेले आणि टेन्सर विश्लेषणासह पायझोइलेक्ट्रिक स्थिरांकांची कठोरपणे व्याख्या केली.
पीझोइलेक्ट्रिक उपकरणांचा व्यावहारिक वापर पहिल्या महायुद्धात सोनारच्या विकासापासून सुरू झाला. पॉल लॅन्गेव्हिन आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी अल्ट्रासोनिक पाणबुडी शोधक विकसित केले. या डिटेक्टरमध्ये स्टीलच्या प्लेट्सवर काळजीपूर्वक चिकटलेल्या पातळ क्वार्ट्ज क्रिस्टल्सपासून बनविलेले ट्रान्सड्यूसर आणि परत आलेला प्रतिध्वनी शोधण्यासाठी हायड्रोफोनचा समावेश होता. ट्रान्सड्यूसरमधून उच्च वारंवारता पल्स उत्सर्जित करून आणि एखाद्या वस्तूवरून उसळणाऱ्या ध्वनी लहरींचा प्रतिध्वनी ऐकण्यासाठी लागणारा वेळ मोजून, ते त्या वस्तूचे अंतर मोजू शकले. सोनारसाठी पीझोइलेक्ट्रिकिटीचा हा वापर यशस्वी ठरला आणि या प्रकल्पामुळे पीझोइलेक्ट्रिक उपकरणांमध्ये विकासाची तीव्र आवड निर्माण झाली. अनेक दशकांमध्ये, नवीन पायझोइलेक्ट्रिक सामग्री आणि या सामग्रीसाठी नवीन अनुप्रयोग शोधले गेले आणि विकसित केले गेले. पिझोइलेक्ट्रिक उपकरणांना सिरेमिक फोनोग्राफ काडतुसे, ज्याने प्लेअर डिझाइन सुलभ केले आणि स्वस्त, अचूक रेकॉर्ड प्लेअर बनवण्यास स्वस्त आणि तयार करणे सोपे केले, अल्ट्रासोनिक ट्रान्सड्यूसरच्या विकासापर्यंत विविध क्षेत्रांमध्ये घरे सापडली ज्यामुळे द्रवांची चिकटपणा आणि लवचिकता सहज मोजता आली. आणि घन पदार्थ, ज्यामुळे साहित्य संशोधनात मोठी प्रगती होते. प्रचंड कंपनसंख्या असलेल्या (ध्वनिलहरी) टाइम डोमेन रिफ्लेक्टोमीटर सामग्रीमध्ये अल्ट्रासोनिक पल्स पाठवतात आणि कास्ट मेटल आणि स्टोन ऑब्जेक्ट्समधील त्रुटी शोधण्यासाठी प्रतिबिंब आणि खंड मोजतात, ज्यामुळे संरचनात्मक सुरक्षितता सुधारते.
दुसऱ्या महायुद्धानंतर, युनायटेड स्टेट्स, रशिया आणि जपानमधील स्वतंत्र संशोधन गटांनी फेरोइलेक्ट्रिक्स नावाच्या सिंथेटिक सामग्रीचा एक नवीन वर्ग शोधला ज्यामध्ये नैसर्गिक सामग्रीपेक्षा दहापट जास्त पीझोइलेक्ट्रिक स्थिरांक प्रदर्शित होते. यामुळे बेरियम टायटॅनेट आणि नंतर लीड झिरकोनेट टायटेनेट, विशिष्ट अनुप्रयोगांसाठी विशिष्ट गुणधर्म असलेली सामग्री विकसित करण्यासाठी गहन संशोधन झाले. पीझोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल्सच्या वापराचे महत्त्वपूर्ण उदाहरण विकसित केले गेले
वोल्डेमार व्होइट
पीझोइलेक्ट्रिकिटी ही एक इलेक्ट्रोमेकॅनिकल घटना आहे ज्यामध्ये क्रिस्टल्स, सिरॅमिक्स आणि हाडे आणि डीएनए सारख्या जैविक पदार्थांसारख्या विशिष्ट घन पदार्थांमध्ये इलेक्ट्रिक चार्ज जमा होतो. हे शुल्क लागू केलेल्या यांत्रिक तणावाच्या प्रतिसादात व्युत्पन्न केले जाते. piezoelectricity हा शब्द ग्रीक शब्द “piezein” पासून आला आहे, ज्याचा अर्थ “पिळणे किंवा दाबणे” आणि “इलेक्ट्रॉन”, ज्याचा अर्थ “अंबर” आहे, जो विद्युत चार्जचा एक प्राचीन स्त्रोत आहे.
पिझोइलेक्ट्रिक प्रभावाचा परिणाम उलटा सममिती असलेल्या क्रिस्टलीय पदार्थांच्या यांत्रिक आणि विद्युतीय अवस्थांमधील रेखीय इलेक्ट्रोमेकॅनिकल परस्परसंवादातून होतो. हा परिणाम उलट करता येण्याजोगा आहे, याचा अर्थ असा की पीझोइलेक्ट्रिकिटी प्रदर्शित करणारी सामग्री देखील उलट पायझोइलेक्ट्रिक प्रभाव दर्शविते, जेथे लागू विद्युत क्षेत्रामुळे यांत्रिक ताणाची अंतर्गत निर्मिती होते. उदाहरणार्थ, लीड झिरकोनेट टायटॅनेट क्रिस्टल्स मोजता येण्याजोगे पीझोइलेक्ट्रिकिटी निर्माण करतात जेव्हा त्यांची स्थिर रचना मूळ परिमाणापासून विकृत होते. याउलट, जेव्हा बाह्य विद्युत क्षेत्र लागू केले जाते तेव्हा क्रिस्टल्स त्यांचे स्थिर परिमाण बदलू शकतात, ही घटना उलट पायझोइलेक्ट्रिक प्रभाव म्हणून ओळखली जाते, जी अल्ट्रासाऊंड लहरींच्या निर्मितीमध्ये वापरली जाते.
फ्रेंच भौतिकशास्त्रज्ञ पियरे आणि जॅक क्युरी यांनी 1880 मध्ये पीझोइलेक्ट्रिकिटी शोधून काढली. पीझोइलेक्ट्रिक इफेक्टचा वापर विविध उपयुक्त ऍप्लिकेशन्ससाठी केला जात आहे, ज्यात आवाजाचे उत्पादन आणि शोध, पिझोइलेक्ट्रिक इंकजेट प्रिंटिंग, उच्च व्होल्टेज वीज निर्मिती, घड्याळ जनरेटर आणि इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांचा समावेश आहे. ऑप्टिकल असेंब्लीच्या अल्ट्राफाइन फोकसिंगसाठी मायक्रोबॅलेन्सेस आणि ड्राईव्ह अल्ट्रासोनिक नोझल्ससारखे. हे स्कॅनिंग प्रोब मायक्रोस्कोपचा आधार देखील बनवते, जे अणूंच्या स्केलवर प्रतिमांचे निराकरण करू शकते. याव्यतिरिक्त, आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक ड्रम्समधील इलेक्ट्रोनिकली अॅम्प्लीफाईड गिटार आणि ट्रिगरमधील पिकअप पीझोइलेक्ट्रिक प्रभाव वापरतात.
पिझोइलेक्ट्रिकिटीचा स्वयंपाक आणि गरम उपकरणे, टॉर्च, सिगारेट लाइटर आणि बरेच काही मध्ये गॅस प्रज्वलित करण्यासाठी स्पार्क निर्माण करण्यासाठी दररोजचा वापर देखील आढळतो. पायरोइलेक्ट्रिक इफेक्ट, जेथे तापमान बदलाला प्रतिसाद म्हणून एखादी सामग्री विद्युत क्षमता निर्माण करते, याचा अभ्यास कार्ल लिनियस आणि फ्रांझ एपिनस यांनी 18 व्या शतकाच्या मध्यात केला होता, ज्याने रेने हाऊ आणि अँटोइन सीझर बेकरेल यांच्या ज्ञानावर आधारित माहिती काढली होती, ज्यांनी यांत्रिक ताण आणि इलेक्ट्रिक चार्ज. हे संबंध सिद्ध करण्याचे प्रयोग अनिर्णित सिद्ध झाले.
स्कॉटलंडमधील हंटेरियन म्युझियममधील क्युरी कम्पेन्सेटरमधील पायझो क्रिस्टलचे दृश्य हे पियरे आणि जॅक क्युरी या बंधूंच्या थेट पीझोइलेक्ट्रिक प्रभावाचे प्रात्यक्षिक आहे. पायरोइलेक्ट्रिकिटीचे त्यांचे ज्ञान अंतर्निहित क्रिस्टल स्ट्रक्चर्सच्या आकलनासह एकत्रित केल्याने पायरोइलेक्ट्रिकिटीचा अंदाज आला, ज्यामुळे त्यांनी टूमलाइन, क्वार्ट्ज, पुष्कराज, केन शुगर आणि रोशेल मीठ यांसारख्या क्रिस्टल्सच्या प्रभावामध्ये त्यांनी दाखवलेल्या क्रिस्टल वर्तनाचा अंदाज लावता आला. . सोडियम आणि पोटॅशियम टार्ट्रेट टेट्राहाइड्रेट आणि क्वार्ट्ज देखील पीझोइलेक्ट्रिकिटी प्रदर्शित करतात आणि विकृत झाल्यावर व्होल्टेज निर्माण करण्यासाठी पिझोइलेक्ट्रिक डिस्कचा वापर केला जातो. क्युरीजच्या प्रात्यक्षिकात आकारातील हा बदल अतिशयोक्तीपूर्ण होता, आणि त्यांनी कन्व्हर्स पीझोइलेक्ट्रिक प्रभावाचा अंदाज लावला. 1881 मध्ये गॅब्रिएल लिप्पमन यांनी केलेल्या मूलभूत थर्मोडायनामिक तत्त्वांवरून गणितीयदृष्ट्या उलट परिणाम काढण्यात आला.
क्युरींनी ताबडतोब कॉन्व्हर्स इफेक्टच्या अस्तित्वाची पुष्टी केली, आणि पीझोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल्समधील इलेक्ट्रो-इलास्टो-मेकॅनिकल विकृतीच्या संपूर्ण उलटतेचा परिमाणात्मक पुरावा मिळवला. त्यानंतरच्या दशकांमध्ये, पीझोइलेक्ट्रीसिटी ही प्रयोगशाळेची उत्सुकता राहिली, जोपर्यंत पियरे मेरी क्युरी यांनी पोलोनियम आणि रेडियमच्या शोधात ते एक महत्त्वाचे साधन बनले नाही, ज्यांनी पीझोइलेक्ट्रीसिटीचे प्रदर्शन करणार्‍या क्रिस्टल संरचनांचा शोध आणि व्याख्या करण्यासाठी त्याचा वापर केला. हे वोल्डेमार व्होइग्टच्या लेहरबुच डर क्रिस्टलफिसिक (क्रिस्टल भौतिकशास्त्राचे पाठ्यपुस्तक) च्या प्रकाशनात कळाले, ज्याने पीझोइलेक्ट्रिकिटीसाठी सक्षम नैसर्गिक क्रिस्टल वर्गांचे वर्णन केले आणि टेन्सर विश्लेषण वापरून पीझोइलेक्ट्रिक स्थिरांकांची कठोर व्याख्या केली.
यामुळे सोनार सारख्या पायझोइलेक्ट्रिक उपकरणांचा व्यावहारिक उपयोग होऊ लागला, जो पहिल्या महायुद्धात विकसित झाला होता. फ्रान्समध्ये पॉल लँगेव्हिन आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी अल्ट्रासोनिक पाणबुडी शोधक विकसित केले. या डिटेक्टरमध्ये स्टील प्लेट्सवर काळजीपूर्वक चिकटलेल्या पातळ क्वार्ट्ज क्रिस्टल्सपासून बनविलेले ट्रान्सड्यूसर आणि ट्रान्सड्यूसरमधून उच्च वारंवारता नाडी उत्सर्जित केल्यानंतर परत येणारा प्रतिध्वनी शोधण्यासाठी हायड्रोफोनचा समावेश होता. एखाद्या वस्तूवरून उसळणाऱ्या ध्वनी लहरींचा प्रतिध्वनी ऐकण्यासाठी लागणारा वेळ मोजून ते त्या वस्तूचे अंतर मोजू शकतात. हा सोनार यशस्वी करण्यासाठी त्यांनी पीझोइलेक्ट्रिकिटीचा वापर केला आणि या प्रकल्पाने तीव्र विकास आणि आवड निर्माण केली.
महत्वाचे संबंध
- पायझोइलेक्ट्रिक अॅक्ट्युएटर: पायझोइलेक्ट्रिक अॅक्ट्युएटर ही अशी उपकरणे आहेत जी विद्युत उर्जेचे यांत्रिक गतीमध्ये रूपांतर करतात. ते सामान्यतः रोबोटिक्स, वैद्यकीय उपकरणे आणि इतर अनुप्रयोगांमध्ये वापरले जातात जेथे अचूक गती नियंत्रण आवश्यक असते.
- पायझोइलेक्ट्रिक सेन्सर्स: पिझोइलेक्ट्रिक सेन्सर्सचा वापर दबाव, प्रवेग आणि कंपन यासारख्या भौतिक मापदंड मोजण्यासाठी केला जातो. ते सहसा औद्योगिक आणि वैद्यकीय अनुप्रयोगांमध्ये तसेच ग्राहक इलेक्ट्रॉनिक्समध्ये वापरले जातात.
- निसर्गातील पायझोइलेक्ट्रिकिटी: पीझोइलेक्ट्रिसिटी ही विशिष्ट पदार्थांमध्ये नैसर्गिकरित्या घडणारी घटना आहे आणि ती अनेक सजीवांमध्ये आढळते. हे काही जीव त्यांच्या वातावरणाची जाणीव करण्यासाठी आणि इतर जीवांशी संवाद साधण्यासाठी वापरतात.
निष्कर्ष
पीझोइलेक्ट्रिकिटी ही एक आश्चर्यकारक घटना आहे जी सोनार ते फोनोग्राफ काडतुसेपर्यंत विविध अनुप्रयोगांमध्ये वापरली गेली आहे. 1800 च्या दशकाच्या मध्यापासून याचा अभ्यास केला गेला आहे आणि आधुनिक तंत्रज्ञानाच्या विकासामध्ये त्याचा चांगला परिणाम झाला आहे. या ब्लॉग पोस्टने पीझोइलेक्ट्रिकिटीचा इतिहास आणि उपयोग शोधले आहेत आणि आधुनिक तंत्रज्ञानाच्या विकासामध्ये या घटनेचे महत्त्व अधोरेखित केले आहे. पीझोइलेक्ट्रिकिटीबद्दल अधिक जाणून घेण्यास स्वारस्य असलेल्यांसाठी, हे पोस्ट एक उत्कृष्ट प्रारंभ बिंदू आहे.
मी Joost Nusselder, Neaera चा संस्थापक आणि कंटेंट मार्केटर आहे, बाबा आहे आणि माझ्या आवडीच्या केंद्रस्थानी गिटारसह नवीन उपकरणे वापरून पाहणे मला आवडते आणि माझ्या टीमसोबत मी 2020 पासून सखोल ब्लॉग लेख तयार करत आहे. रेकॉर्डिंग आणि गिटार टिपांसह निष्ठावंत वाचकांना मदत करण्यासाठी.
