Piezoelectricity คือความสามารถของวัสดุบางชนิดในการผลิตกระแสไฟฟ้าเมื่ออยู่ภายใต้ความเครียดเชิงกลและในทางกลับกัน คำนี้มาจากภาษากรีก piezo แปลว่าแรงดันและไฟฟ้า มันถูกค้นพบครั้งแรกในปี 1880 แต่แนวคิดนี้เป็นที่รู้จักกันมานานแล้ว
ตัวอย่างที่รู้จักกันดีที่สุดของเพียโซอิเล็กทริกคือควอตซ์ แต่วัสดุอื่น ๆ อีกมากมายก็แสดงปรากฏการณ์นี้เช่นกัน การใช้ piezoelectricity ที่พบมากที่สุดคือการผลิตอัลตราซาวนด์
ในบทความนี้ ผมจะพูดถึงว่าเพียโซอิเล็กทริกคืออะไร มันทำงานอย่างไร และบางส่วนของการใช้งานจริงของปรากฏการณ์ที่น่าทึ่งนี้
piezoelectricity คืออะไร?
Piezoelectricity คือความสามารถของวัสดุบางชนิดในการสร้างประจุไฟฟ้าเพื่อตอบสนองต่อความเครียดเชิงกลที่ใช้ มันเป็นปฏิกิริยาเชิงเส้นเชิงกลไฟฟ้าระหว่างสถานะทางกลและทางไฟฟ้าในวัสดุผลึกที่มีความสมมาตรผกผัน วัสดุเพียโซอิเล็กทริกสามารถนำมาใช้เพื่อสร้างไฟฟ้าแรงสูง, เครื่องกำเนิดสัญญาณนาฬิกา, อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์, เครื่องชั่งไมโคร, หัวขับอัลตราโซนิก และชุดออปติคอลโฟกัสละเอียดพิเศษ
วัสดุเพียโซอิเล็กทริกประกอบด้วยคริสตัล เซรามิกบางชนิด สารชีวภาพ เช่น กระดูกและดีเอ็นเอ และโปรตีน เมื่อมีแรงกระทำกับวัสดุเพียโซอิเล็กทริก จะทำให้เกิดประจุไฟฟ้า ค่าใช้จ่ายนี้สามารถใช้จ่ายไฟให้กับอุปกรณ์หรือสร้างแรงดันไฟฟ้าได้
วัสดุเพียโซอิเล็กทริกถูกนำไปใช้งานหลากหลาย ได้แก่:
• การผลิตและการตรวจจับเสียง
• การพิมพ์อิงค์เจ็ทเพียโซอิเล็กทริก
• การผลิตไฟฟ้าแรงสูง
• เครื่องกำเนิดสัญญาณนาฬิกา
• อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
• เครื่องชั่งระดับไมโคร
• ขับหัวฉีดอัลตราโซนิก
• ชุดประกอบออปติคัลโฟกัสแบบ Ultrafine
• รถปิคอัพ สำหรับกีตาร์ที่ขยายสัญญาณด้วยไฟฟ้า
• ทริกเกอร์สำหรับกลองไฟฟ้าสมัยใหม่
• การผลิตประกายไฟเพื่อจุดแก๊ส
• อุปกรณ์ทำอาหารและเครื่องทำความร้อน
• ไฟฉายและที่จุดบุหรี่
ประวัติของ piezoelectricity คืออะไร?
Piezoelectricity ถูกค้นพบในปี 1880 โดย Jacques และ Pierre Curie นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส เป็นประจุไฟฟ้าที่สะสมอยู่ในวัสดุแข็งบางชนิด เช่น คริสตัล เซรามิก และสสารชีวภาพ เพื่อตอบสนองต่อความเค้นเชิงกลที่ใช้ คำว่า 'piezoelectricity' มาจากคำภาษากรีก 'piezein' ซึ่งแปลว่า 'บีบ' หรือ 'กด' และ 'electron' ซึ่งแปลว่า 'อำพัน' ซึ่งเป็นแหล่งประจุไฟฟ้าในสมัยโบราณ
ผลเพียโซอิเล็กทริกเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์เชิงเส้นของกลไกไฟฟ้าระหว่างสถานะทางกลและทางไฟฟ้าของวัสดุผลึกที่มีความสมมาตรแบบผกผัน เป็นกระบวนการที่ผันกลับได้ หมายความว่าวัสดุที่แสดงปฏิกิริยาเพียโซอิเล็กทริกยังแสดงผลเพียโซอิเล็กทริกแบบย้อนกลับ ซึ่งเป็นการสร้างความเครียดเชิงกลภายในที่เกิดจากสนามไฟฟ้าที่ใช้
ความรู้ที่ผสมผสานกันของ Curies เกี่ยวกับ pyroelectricity และความเข้าใจเกี่ยวกับโครงสร้างผลึกพื้นฐาน ทำให้เกิดการทำนายของ pyroelectricity และความสามารถในการทำนายพฤติกรรมของผลึก สิ่งนี้แสดงให้เห็นในผลของคริสตัล เช่น ทัวร์มาลีน ควอตซ์ โทแพซ น้ำตาลอ้อย และเกลือโรเชลล์
เครื่อง Curies ยืนยันการมีอยู่ของเอฟเฟกต์ตรงกันข้ามในทันที และดำเนินการต่อเพื่อรับการพิสูจน์เชิงปริมาณเกี่ยวกับความสามารถในการเปลี่ยนรูปเชิงกลอิเล็กโทร-อิลาสโต-เชิงกลในผลึกเพียโซอิเล็กทริกได้อย่างสมบูรณ์ ตลอดหลายทศวรรษที่ผ่านมา เพียโซอิเล็กทริกยังคงเป็นความอยากรู้อยากเห็นในห้องปฏิบัติการจนกระทั่งกลายเป็นเครื่องมือสำคัญในการค้นพบพอโลเนียมและเรเดียมโดยปิแอร์และมารี คูรี
Piezoelectricity ถูกนำไปใช้งานที่มีประโยชน์มากมาย รวมถึงการผลิตและการตรวจจับเสียง การพิมพ์อิงค์เจ็ทแบบเพียโซอิเล็กทริก การผลิตไฟฟ้าแรงสูง เครื่องกำเนิดสัญญาณนาฬิกาและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เครื่องชั่งไมโครบาลานซ์ หัวขับอัลตราโซนิก พื้นฐานของกล้องจุลทรรศน์โพรบสแกนเพื่อแก้ไขภาพในระดับอะตอม
Piezoelectricity ยังพบการใช้งานในชีวิตประจำวัน เช่น การสร้างประกายไฟเพื่อจุดแก๊สในอุปกรณ์ทำอาหารและทำความร้อน คบไฟ ไฟแช็ก และเอฟเฟกต์ไพโรอิเล็กทริก ซึ่งวัสดุสร้างศักย์ไฟฟ้าเพื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ
การพัฒนาโซนาร์ในช่วงสงครามโลกครั้งที่ XNUMX มีการใช้คริสตัลเพียโซอิเล็กทริกที่พัฒนาโดย Bell Telephone Laboratories สิ่งนี้ทำให้กองกำลังทางอากาศของพันธมิตรสามารถเข้าร่วมในการโจมตีหมู่โดยใช้วิทยุการบิน การพัฒนาอุปกรณ์และวัสดุเพียโซอิเล็กทริกในสหรัฐอเมริกาทำให้บริษัทต่าง ๆ มีการพัฒนาในช่วงเริ่มต้นของสงครามในสาขาที่สนใจ โดยได้รับสิทธิบัตรที่ทำกำไรสำหรับวัสดุใหม่ ๆ
ญี่ปุ่นเห็นการใช้งานใหม่และการเติบโตของอุตสาหกรรมเพียโซอิเล็กทริกของสหรัฐอเมริกาและพัฒนาอย่างรวดเร็ว พวกเขาแบ่งปันข้อมูลอย่างรวดเร็วและพัฒนาแบเรียมไททาเนตและนำวัสดุเซอร์โคเนตไททาเนตที่มีคุณสมบัติเฉพาะสำหรับการใช้งานเฉพาะ
Piezoelectricity ก้าวหน้าไปมากนับตั้งแต่มีการค้นพบในปี 1880 และปัจจุบันถูกนำไปใช้ในแอพพลิเคชั่นต่างๆ ในชีวิตประจำวัน นอกจากนี้ยังใช้เพื่อสร้างความก้าวหน้าในการวิจัยวัสดุ เช่น เครื่องสะท้อนแสงโดเมนเวลาแบบอัลตราโซนิก ซึ่งส่งพัลส์อัลตราโซนิกผ่านวัสดุเพื่อวัดการสะท้อนแสงและความไม่ต่อเนื่องเพื่อค้นหาข้อบกพร่องภายในโลหะหล่อและวัตถุหิน ปรับปรุงความปลอดภัยของโครงสร้าง
Piezoelectricity ทำงานอย่างไร
ในส่วนนี้ ฉันจะศึกษาวิธีการทำงานของเพียโซอิเล็กทริก ฉันจะดูที่การสะสมประจุไฟฟ้าในของแข็ง การโต้ตอบเชิงเส้นของกลไกไฟฟ้า และกระบวนการผันกลับได้ซึ่งประกอบกันเป็นปรากฏการณ์นี้ ฉันจะพูดคุยเกี่ยวกับประวัติของ piezoelectricity และการประยุกต์ใช้
การสะสมประจุไฟฟ้าในของแข็ง
Piezoelectricity คือประจุไฟฟ้าที่สะสมอยู่ในวัสดุแข็งบางชนิด เช่น คริสตัล เซรามิก และสารชีวภาพ เช่น กระดูกและดีเอ็นเอ เป็นการตอบสนองต่อความเครียดเชิงกลที่ใช้ และชื่อของมันมาจากคำภาษากรีก "piezein" (บีบหรือกด) และ "ēlektron" (สีเหลืองอำพัน)
ผลเพียโซอิเล็กทริกเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์เชิงเส้นของกลไกไฟฟ้าระหว่างสถานะทางกลและทางไฟฟ้าในวัสดุผลึกที่มีความสมมาตรแบบผกผัน เป็นกระบวนการที่ผันกลับได้ หมายความว่าวัสดุที่แสดงปฏิกิริยาเพียโซอิเล็กทริกก็แสดงผลเพียโซอิเล็กทริกแบบย้อนกลับด้วย ซึ่งการสร้างความเครียดเชิงกลภายในเป็นผลมาจากสนามไฟฟ้าที่ใช้ ตัวอย่างของวัสดุที่สร้างกระแสไฟฟ้าเพียโซอิเล็กทริกที่วัดได้ ได้แก่ ผลึกตะกั่วเซอร์โคเนตไททาเนต
นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Pierre และ Jacques Curie ค้นพบเพียโซอิเล็กทริกในปี 1880 นับตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา มันถูกนำไปใช้ประโยชน์หลากหลาย เช่น การผลิตและการตรวจจับเสียง การพิมพ์อิงค์เจ็ตเพียโซอิเล็กทริก การผลิตไฟฟ้าแรงสูง เครื่องกำเนิดสัญญาณนาฬิกา และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เช่น เครื่องชั่งไมโคร และขับหัวฉีดอัลตราโซนิกเพื่อการโฟกัสที่ละเอียดเป็นพิเศษของชุดออปติคอล นอกจากนี้ยังเป็นพื้นฐานของกล้องจุลทรรศน์โพรบสแกนซึ่งสามารถแก้ไขภาพในระดับอะตอมได้ Piezoelectricity ยังใช้ในปิ๊กอัพสำหรับกีตาร์ที่ขยายเสียงด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ และทริกเกอร์สำหรับกลองอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่
Piezoelectricity พบการใช้งานในชีวิตประจำวันในการสร้างประกายไฟเพื่อจุดแก๊ส ในอุปกรณ์ทำอาหารและทำความร้อน คบไฟ ไฟแช็ก และเอฟเฟกต์ไพโรอิเล็กทริก ซึ่งวัสดุสร้างศักย์ไฟฟ้าเพื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ สิ่งนี้ได้รับการศึกษาโดย Carl Linnaeus และ Franz Aepinus ในช่วงกลางศตวรรษที่ 18 โดยได้รับความรู้จาก René Haüy และ Antoine César Becquerel ซึ่งเป็นผู้วางตำแหน่งความสัมพันธ์ระหว่างความเค้นเชิงกลและประจุไฟฟ้า การทดลองพิสูจน์แล้วว่าไม่สามารถสรุปได้
มุมมองของเพียโซคริสตัลในเครื่องชดเชย Curie ในพิพิธภัณฑ์ Hunterian ในสกอตแลนด์เป็นการสาธิตผลเพียโซอิเล็กทริกโดยตรง สองพี่น้อง Pierre และ Jacques Curie ได้รวมความรู้ของพวกเขาเกี่ยวกับ pyroelectricity เข้ากับความเข้าใจในโครงสร้างผลึกที่อยู่ด้านล่าง ซึ่งก่อให้เกิดการทำนายของ pyroelectricity พวกเขาสามารถทำนายพฤติกรรมของผลึกและแสดงผลในผลึก เช่น ทัวร์มาลีน ควอตซ์ บุษราคัม น้ำตาลอ้อย และเกลือโรเชลล์ โซเดียมโพแทสเซียมทาร์เทรต เตตระไฮเดรต และควอตซ์ยังแสดงปฏิกิริยาเพียโซอิเล็กทริก แผ่นเพียโซอิเล็กทริกจะสร้างแรงดันไฟฟ้าเมื่อเปลี่ยนรูป และการเปลี่ยนแปลงรูปร่างนั้นเกินจริงอย่างมากในการสาธิตของ Curies
พวกเขาสามารถทำนายผลคอนเวิร์สเพียโซอิเล็กทริกได้ และผลคอนเวิร์สนั้นได้รับการอนุมานทางคณิตศาสตร์โดย Gabriel Lippmann ในปี 1881 Curies ยืนยันการมีอยู่ของผลคอนเวิร์สทันที และดำเนินการต่อไปเพื่อให้ได้ข้อพิสูจน์เชิงปริมาณเกี่ยวกับความสามารถในการผันกลับได้อย่างสมบูรณ์ของอิเล็กโทร-อิลาสโต- การเสียรูปเชิงกลในผลึกเพียโซอิเล็กทริก
เป็นเวลาหลายทศวรรษที่ piezoelectricity ยังคงเป็นสิ่งที่อยากรู้อยากเห็นในห้องปฏิบัติการ แต่เป็นเครื่องมือสำคัญในการค้นพบพอโลเนียมและเรเดียมโดย Pierre และ Marie Curie งานของพวกเขาในการสำรวจและกำหนดโครงสร้างผลึกที่แสดง piezoelectricity ถึงจุดสุดยอดในการตีพิมพ์หนังสือ Lehrbuch der Kristallphysik (Textbook of Crystal Physics) ของ Woldemar Voigt ซึ่งอธิบายคลาสคริสตัลธรรมชาติที่มีความสามารถในการสร้าง piezoelectricity และกำหนดค่าคงที่ของ piezoelectric อย่างเข้มงวดผ่านการวิเคราะห์เทนเซอร์ นี่คือการประยุกต์ใช้อุปกรณ์เพียโซอิเล็กทริกในทางปฏิบัติ และโซนาร์ได้รับการพัฒนาขึ้นในช่วงสงครามโลกครั้งที่ XNUMX ในฝรั่งเศส Paul Langevin และเพื่อนร่วมงานของเขาได้พัฒนาเครื่องตรวจจับเรือดำน้ำแบบอัลตราโซนิก
เครื่องตรวจจับประกอบด้วยก transducer ทำจากผลึกควอทซ์บางๆ ติดกาวอย่างระมัดระวังกับแผ่นเหล็ก และไฮโดรโฟนเพื่อตรวจจับเสียงสะท้อนที่ย้อนกลับมา โดยปล่อยเสียงออกมาสูง ความถี่ ชีพจรจากทรานสดิวเซอร์และการวัดเวลาที่ใช้ในการได้ยินเสียงสะท้อนของคลื่นเสียงที่กระดอนออกจากวัตถุ พวกเขาสามารถคำนวณระยะทางไปยังวัตถุได้ พวกเขาใช้เพียโซอิเล็กทริกเพื่อทำให้โซนาร์ประสบความสำเร็จ และโครงการนี้ได้สร้างการพัฒนาที่เข้มข้นและความสนใจในอุปกรณ์เพียโซอิเล็กทริก ตลอดหลายทศวรรษที่ผ่านมา มีการสำรวจและพัฒนาวัสดุเพียโซอิเล็กทริกใหม่และการใช้งานใหม่สำหรับวัสดุดังกล่าว และอุปกรณ์เพียโซอิเล็กทริกพบที่อยู่อาศัยในหลากหลายสาขา ตลับแผ่นเสียงเซรามิกทำให้การออกแบบเครื่องเล่นง่ายขึ้น และผลิตขึ้นสำหรับเครื่องเล่นแผ่นเสียงราคาถูกและแม่นยำ ซึ่งดูแลรักษาถูกกว่าและสร้างง่ายกว่า
การพัฒนาทรานสดิวเซอร์อัลตราโซนิกทำให้สามารถวัดความหนืดและความยืดหยุ่นของของไหลและของแข็งได้ง่าย ส่งผลให้การวิจัยวัสดุมีความก้าวหน้าอย่างมาก
ปฏิสัมพันธ์เชิงเส้นเชิงกลไฟฟ้า
Piezoelectricity คือความสามารถของวัสดุบางชนิดในการสร้างประจุไฟฟ้าเมื่ออยู่ภายใต้ความเค้นเชิงกล คำนี้มาจากคำภาษากรีก πιέζειν (piezein) แปลว่า “บีบหรือกด” และ ἤλεκτρον (ēlektron) แปลว่า “อำพัน” ซึ่งเป็นแหล่งประจุไฟฟ้าในสมัยโบราณ
Piezoelectricity ถูกค้นพบในปี 1880 โดย Jacques และ Pierre Curie นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส ขึ้นอยู่กับปฏิสัมพันธ์เชิงเส้นของระบบไฟฟ้าเครื่องกลไฟฟ้าระหว่างสถานะทางกลและทางไฟฟ้าของวัสดุผลึกที่มีความสมมาตรแบบผกผัน ผลกระทบนี้ย้อนกลับได้ หมายความว่าวัสดุที่แสดงปฏิกิริยาเพียโซอิเล็กทริกก็แสดงผลเพียโซอิเล็กทริกแบบย้อนกลับด้วย โดยที่การสร้างความเครียดทางกลภายในเป็นผลมาจากสนามไฟฟ้าที่ใช้ ตัวอย่างของวัสดุที่สร้างกระแสไฟฟ้าเพียโซอิเล็กทริกที่วัดได้เมื่อเปลี่ยนรูปจากโครงสร้างที่อยู่นิ่ง ได้แก่ ผลึกตะกั่วเซอร์โคเนตไททาเนต ในทางกลับกัน คริสตัลสามารถเปลี่ยนมิติคงที่ได้เมื่อใช้สนามไฟฟ้าภายนอก ซึ่งเรียกว่าเอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกผกผัน และใช้ในการผลิตคลื่นอัลตราซาวนด์
Piezoelectricity ถูกนำไปใช้งานที่มีประโยชน์มากมาย เช่น:
• การผลิตและการตรวจจับเสียง
• การพิมพ์อิงค์เจ็ทเพียโซอิเล็กทริก
• การผลิตไฟฟ้าแรงสูง
• เครื่องกำเนิดนาฬิกา
• อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
• เครื่องชั่งระดับไมโคร
• ขับหัวฉีดอัลตราโซนิก
• ชุดประกอบออปติคัลโฟกัสแบบ Ultrafine
• สร้างพื้นฐานของกล้องจุลทรรศน์หัววัดแบบสแกนเพื่อแก้ไขภาพในระดับอะตอม
• ปิ๊กอัพในกีตาร์ที่ขยายเสียงด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์
• ทริกเกอร์ในกลองไฟฟ้าสมัยใหม่
• ทำให้เกิดประกายไฟเพื่อจุดแก๊สในอุปกรณ์ทำอาหารและทำความร้อน
• ไฟฉายและที่จุดบุหรี่
Piezoelectricity ยังพบการใช้งานในชีวิตประจำวันในผลไพโรอิเล็กทริก ซึ่งเป็นวัสดุที่สร้างศักย์ไฟฟ้าเพื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ สิ่งนี้ได้รับการศึกษาโดย Carl Linnaeus และ Franz Aepinus ในช่วงกลางศตวรรษที่ 18 โดยได้รับความรู้จาก René Haüy และ Antoine César Becquerel ซึ่งเป็นผู้วางตำแหน่งความสัมพันธ์ระหว่างความเค้นเชิงกลและประจุไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม การทดลองพิสูจน์แล้วว่าไม่สามารถสรุปผลได้
การดูเพียโซคริสตัลใน Curie compensator ที่ Hunterian Museum ในสกอตแลนด์เป็นการสาธิตผลเพียโซอิเล็กทริกโดยตรง เป็นผลงานของสองพี่น้องปิแอร์และฌาคส์ คูรี ที่สำรวจและกำหนดโครงสร้างผลึกที่แสดงปฏิกิริยาเพียโซอิเล็กทริก ซึ่งได้ผลลัพธ์สูงสุดในการตีพิมพ์ Lehrbuch der Kristallphysik (ตำราฟิสิกส์คริสตัล) ของ Woldemar Voigt สิ่งนี้อธิบายคลาสคริสตัลธรรมชาติที่มีความสามารถในการสร้างเพียโซอิเล็กทริกและกำหนดค่าคงที่ของเพียโซอิเล็กทริกอย่างเข้มงวดผ่านการวิเคราะห์เทนเซอร์ ซึ่งนำไปสู่การประยุกต์ใช้อุปกรณ์เพียโซอิเล็กทริกในทางปฏิบัติ
โซนาร์ได้รับการพัฒนาขึ้นในช่วงสงครามโลกครั้งที่ XNUMX เมื่อ Paul Langevin จากฝรั่งเศสและเพื่อนร่วมงานของเขาพัฒนาเครื่องตรวจจับเรือดำน้ำแบบอัลตราโซนิก ตัวตรวจจับนี้ประกอบด้วยทรานสดิวเซอร์ที่ทำจากผลึกควอตซ์บางๆ ติดกาวอย่างระมัดระวังกับแผ่นเหล็ก และไฮโดรโฟนเพื่อตรวจจับเสียงสะท้อนที่ส่งกลับหลังจากปล่อยพัลส์ความถี่สูงออกจากทรานสดิวเซอร์ ด้วยการวัดเวลาที่ใช้ในการได้ยินเสียงสะท้อนของคลื่นเสียงที่สะท้อนกับวัตถุ พวกเขาสามารถคำนวณระยะทางของวัตถุได้ โดยใช้ piezoelectricity ความสำเร็จของโครงการนี้ก่อให้เกิดการพัฒนาอย่างเข้มข้นและความสนใจในอุปกรณ์เพียโซอิเล็กทริกตลอดหลายทศวรรษ โดยมีการสำรวจและพัฒนาวัสดุเพียโซอิเล็กทริกใหม่และการใช้งานใหม่สำหรับวัสดุเหล่านี้ อุปกรณ์เพียโซอิเล็กทริกที่พบได้ทั่วไปในหลายสาขา เช่น ตลับแผ่นเสียงเซรามิก ซึ่งช่วยให้การออกแบบเครื่องเล่นง่ายขึ้นและผลิตขึ้นสำหรับเครื่องเล่นแผ่นเสียงที่ถูกกว่าและแม่นยำกว่า รวมถึงการสร้างและบำรุงรักษาที่ถูกกว่าและง่ายกว่า
การพัฒนาทรานสดิวเซอร์อัลตราโซนิกทำให้สามารถวัดความหนืดและความยืดหยุ่นของของไหลและของแข็งได้ง่าย ส่งผลให้การวิจัยวัสดุมีความก้าวหน้าอย่างมาก เครื่องวัดการสะท้อนของโดเมนเวลาแบบอัลตราโซนิกจะส่งพัลส์แบบอัลตราโซนิกไปยังวัสดุและวัดการสะท้อนแสงและความไม่ต่อเนื่องเพื่อค้นหาข้อบกพร่องภายในโลหะหล่อและวัตถุที่เป็นหิน ซึ่งช่วยเพิ่มความปลอดภัยของโครงสร้าง หลังสงครามโลกครั้งที่ XNUMX กลุ่มวิจัยอิสระในสหรัฐอเมริกา รัสเซีย และญี่ปุ่นได้ค้นพบวัสดุสังเคราะห์ประเภทใหม่ที่เรียกว่า เฟอร์โรอิเล็กทริก ซึ่งแสดงค่าคงที่ของเพียโซอิเล็กทริกสูงกว่าวัสดุธรรมชาติหลายเท่า สิ่งนี้นำไปสู่การวิจัยอย่างเข้มข้นเพื่อพัฒนาแบเรียมไททาเนต และต่อมาก็นำไปสู่เซอร์โคเนตไททาเนตซึ่งเป็นวัสดุที่มีคุณสมบัติเฉพาะสำหรับการใช้งานเฉพาะด้าน
ตัวอย่างที่สำคัญของการใช้คริสตัลเพียโซอิเล็กทริกได้รับการพัฒนาโดย Bell Telephone Laboratories หลังสงครามโลกครั้งที่สอง Frederick R. Lack ทำงานในแผนกวิศวกรรมโทรศัพท์วิทยุ
กระบวนการย้อนกลับ
Piezoelectricity เป็นประจุไฟฟ้าที่สะสมอยู่ในวัสดุแข็งบางชนิด เช่น คริสตัล เซรามิก และสสารทางชีวภาพ เช่น กระดูกและดีเอ็นเอ เป็นการตอบสนองของวัสดุเหล่านี้ต่อความเค้นเชิงกล คำว่า 'piezoelectricity' มาจากคำภาษากรีก 'piezein' แปลว่า 'บีบ' หรือ 'กด' และ 'ēlektron' แปลว่า 'อำพัน' ซึ่งเป็นแหล่งประจุไฟฟ้าในสมัยโบราณ
ผลเพียโซอิเล็กทริกเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์เชิงเส้นของกลไกไฟฟ้าระหว่างสถานะทางกลและทางไฟฟ้าของวัสดุผลึกที่มีความสมมาตรแบบผกผัน เป็นกระบวนการที่ผันกลับได้ หมายความว่าวัสดุที่แสดงปฏิกิริยาเพียโซอิเล็กทริกยังแสดงผลเพียโซอิเล็กทริกแบบย้อนกลับ ซึ่งเป็นการสร้างความเครียดเชิงกลภายในที่เกิดจากสนามไฟฟ้าที่ใช้ ตัวอย่างของวัสดุที่สร้างกระแสไฟฟ้าเพียโซอิเล็กทริกที่วัดได้ ได้แก่ ผลึกตะกั่วเซอร์โคเนตไททาเนต เมื่อโครงสร้างสถิตของผลึกเหล่านี้ผิดรูป ผลึกจะกลับคืนสู่มิติเดิม ในทางกลับกัน เมื่อใช้สนามไฟฟ้าภายนอก ผลึกจะเปลี่ยนมิติสถิต ทำให้เกิดคลื่นอัลตราซาวนด์
นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Jacques และ Pierre Curie ค้นพบเพียโซอิเล็กทริกในปี 1880 นับตั้งแต่นั้นมา มันถูกนำไปใช้ประโยชน์หลากหลาย เช่น การผลิตและการตรวจจับเสียง การพิมพ์อิงค์เจ็ตเพียโซอิเล็กทริก การผลิตไฟฟ้าแรงสูง เครื่องกำเนิดสัญญาณนาฬิกา อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เครื่องชั่งไมโคร ขับหัวฉีดอัลตราโซนิกและชุดประกอบออปติคัลโฟกัสแบบละเอียดพิเศษ นอกจากนี้ยังเป็นพื้นฐานสำหรับกล้องจุลทรรศน์โพรบสแกนซึ่งสามารถแก้ไขภาพในระดับอะตอมได้ Piezoelectricity ยังใช้ในปิ๊กอัพสำหรับกีตาร์ที่ขยายเสียงด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์และทริกเกอร์สำหรับกลองอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่
Piezoelectricity ยังพบการใช้งานในชีวิตประจำวัน เช่น การสร้างประกายไฟเพื่อจุดแก๊สในอุปกรณ์ทำอาหารและทำความร้อน คบไฟ ไฟแช็ก และอื่นๆ ผลกระทบของไพโรอิเล็กทริกซึ่งวัสดุสร้างศักย์ไฟฟ้าเพื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ได้รับการศึกษาโดย Carl Linnaeus, Franz Aepinus และ René Haüy ในช่วงกลางศตวรรษที่ 18 โดยใช้ความรู้เกี่ยวกับอำพัน Antoine César Becquerel ได้กล่าวถึงความสัมพันธ์ระหว่างความเค้นเชิงกลและประจุไฟฟ้า แต่การทดลองพิสูจน์แล้วว่าไม่สามารถสรุปผลได้
ผู้เยี่ยมชมพิพิธภัณฑ์ Hunterian ในกลาสโกว์สามารถชม Piezo Crystal Curie Compensator ซึ่งเป็นการสาธิตเอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกโดยตรงโดยสองพี่น้อง Pierre และ Jacques Curie การผสมผสานความรู้ของพวกเขาเกี่ยวกับไพโรอิเล็กทริกกับความเข้าใจในโครงสร้างผลึกที่อยู่ข้างใต้ทำให้เกิดการทำนายของไพโรอิเล็กทริกและความสามารถในการทำนายพฤติกรรมของคริสตัล สิ่งนี้แสดงให้เห็นด้วยผลของคริสตัล เช่น ทัวร์มาลีน ควอตซ์ โทแพซ น้ำตาลอ้อย และเกลือโรเชลล์ โซเดียมและโพแทสเซียมทาร์เทรต เตตระไฮเดรตและควอตซ์ยังแสดงความเป็นเพียโซอิเล็กทริก และมีการใช้ดิสก์เพียโซอิเล็กทริกเพื่อสร้างแรงดันไฟฟ้าเมื่อเปลี่ยนรูป การเปลี่ยนแปลงรูปร่างนี้เกินจริงอย่างมากโดย Curies เพื่อทำนายผลเพียโซอิเล็กทริกแบบย้อนกลับ ผลย้อนกลับนั้นอนุมานได้ทางคณิตศาสตร์จากหลักการทางอุณหพลศาสตร์พื้นฐานโดย Gabriel Lippmann ในปี 1881
เครื่อง Curies ยืนยันการมีอยู่ของเอฟเฟกต์ตรงกันข้ามในทันที และดำเนินการต่อเพื่อรับการพิสูจน์เชิงปริมาณเกี่ยวกับความสามารถในการเปลี่ยนรูปเชิงกลอิเล็กโทร-อิลาสโต-เชิงกลในผลึกเพียโซอิเล็กทริกได้อย่างสมบูรณ์ เป็นเวลาหลายทศวรรษที่ piezoelectricity ยังคงเป็นสิ่งที่อยากรู้อยากเห็นในห้องปฏิบัติการ แต่เป็นเครื่องมือสำคัญในการค้นพบพอโลเนียมและเรเดียมโดย Pierre และ Marie Curie งานของพวกเขาในการสำรวจและกำหนดโครงสร้างผลึกที่แสดง piezoelectricity ถึงจุดสุดยอดในการตีพิมพ์หนังสือ Lehrbuch der Kristallphysik (Textbook of Crystal Physics) ของ Woldemar Voigt สิ่งนี้อธิบายคลาสคริสตัลธรรมชาติที่มีความสามารถในการสร้างเพียโซอิเล็กทริกและกำหนดค่าคงที่ของเพียโซอิเล็กทริกอย่างเข้มงวดโดยใช้การวิเคราะห์เทนเซอร์
การใช้งานจริงของอุปกรณ์เพียโซอิเล็กทริก เช่น โซนาร์ ได้รับการพัฒนาในช่วงสงครามโลกครั้งที่ XNUMX ในฝรั่งเศส Paul Langevin และเพื่อนร่วมงานของเขาได้พัฒนาเครื่องตรวจจับเรือดำน้ำแบบอัลตราโซนิก อุปกรณ์ตรวจจับนี้ประกอบด้วยทรานสดิวเซอร์ที่ทำจากผลึกควอตซ์บางๆ ติดกาวอย่างระมัดระวังกับแผ่นเหล็ก และไฮโดรโฟนเพื่อตรวจจับเสียงสะท้อนที่ส่งกลับมา ด้วยการปล่อยพัลส์ความถี่สูงจากทรานสดิวเซอร์และวัดเวลาที่ใช้ในการได้ยินเสียงสะท้อนของคลื่นเสียงที่กระดอนออกจากวัตถุ พวกเขาสามารถคำนวณระยะทางของวัตถุได้ พวกเขาใช้เพียโซอิเล็กทริกเพื่อทำให้โซนาร์นี้ประสบความสำเร็จ โครงการนี้ทำให้เกิดการพัฒนาและความสนใจอย่างมากในอุปกรณ์เพียโซอิเล็กทริก และในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมาได้มีการสำรวจและพัฒนาวัสดุเพียโซอิเล็กทริกชนิดใหม่และการใช้งานใหม่สำหรับวัสดุเหล่านี้ อุปกรณ์เพียโซอิเล็กทริก
Piezoelectricity เกิดจากอะไร?
ในส่วนนี้ ฉันจะสำรวจต้นกำเนิดของกระแสไฟฟ้าเพียโซอิเล็กทริกและวัสดุต่างๆ ที่แสดงปรากฏการณ์นี้ ฉันจะดูคำภาษากรีก 'piezein' แหล่งที่มาของประจุไฟฟ้าในสมัยโบราณ และผลกระทบจากไพโรอิเล็กทริก ฉันจะพูดคุยเกี่ยวกับการค้นพบของ Pierre และ Jacques Curie และการพัฒนาอุปกรณ์เพียโซอิเล็กทริกในศตวรรษที่ 20
คำภาษากรีก Piezein
Piezoelectricity คือการสะสมประจุไฟฟ้าในวัสดุแข็งบางชนิด เช่น คริสตัล เซรามิก และสสารทางชีวภาพ เช่น กระดูกและดีเอ็นเอ เกิดจากการตอบสนองของวัสดุเหล่านี้ต่อความเค้นเชิงกล คำว่า piezoelectricity มาจากคำภาษากรีก "piezein" ซึ่งแปลว่า "บีบหรือกด" และ "ēlektron" ซึ่งแปลว่า "อำพัน" ซึ่งเป็นแหล่งประจุไฟฟ้าในสมัยโบราณ
ผลเพียโซอิเล็กทริกเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์เชิงเส้นของกลไกไฟฟ้าระหว่างสถานะทางกลและทางไฟฟ้าของวัสดุผลึกที่มีความสมมาตรแบบผกผัน เป็นกระบวนการที่ผันกลับได้ หมายความว่าวัสดุที่แสดงปฏิกิริยาเพียโซอิเล็กทริกยังแสดงผลเพียโซอิเล็กทริกแบบย้อนกลับ ซึ่งเป็นการสร้างความเครียดทางกลภายในที่เป็นผลมาจากสนามไฟฟ้าที่ใช้ ตัวอย่างเช่น ผลึกไททาเนตของตะกั่วเซอร์โคเนตสร้าง piezoelectricity ที่วัดได้เมื่อโครงสร้างคงที่ของมันผิดรูปจากขนาดเดิม ในทางกลับกัน คริสตัลสามารถเปลี่ยนมิติคงที่ได้เมื่อใช้สนามไฟฟ้าภายนอก ซึ่งเรียกว่าเอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกผกผัน และเป็นการผลิตคลื่นอัลตราซาวนด์
นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Jacques และ Pierre Curie ค้นพบ piezoelectricity ในปี 1880 เอฟเฟกต์ piezoelectric ถูกนำไปใช้งานที่มีประโยชน์มากมาย รวมถึงการผลิตและการตรวจจับเสียง การพิมพ์อิงค์เจ็ท piezoelectric การผลิตไฟฟ้าแรงสูง เครื่องกำเนิดสัญญาณนาฬิกา และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เช่น เครื่องชั่งไมโคร , ขับเคลื่อนหัวฉีดอัลตราโซนิก และชุดประกอบออปติคัลโฟกัสแบบละเอียดพิเศษ นอกจากนี้ยังเป็นพื้นฐานของกล้องจุลทรรศน์โพรบสแกนซึ่งสามารถแก้ไขภาพในระดับอะตอมได้ Piezoelectricity ยังใช้ในปิ๊กอัพสำหรับกีตาร์ที่ขยายเสียงด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์และทริกเกอร์สำหรับกลองอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่
Piezoelectricity พบการใช้งานในชีวิตประจำวัน เช่น การสร้างประกายไฟเพื่อจุดแก๊สในอุปกรณ์ทำอาหารและทำความร้อน คบไฟ ไฟแช็ก และอื่นๆ ผลไพโรอิเล็กทริก ซึ่งเป็นการสร้างศักย์ไฟฟ้าเพื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ได้รับการศึกษาโดย Carl Linnaeus และ Franz Aepinus ในช่วงกลางศตวรรษที่ 18 โดยใช้ความรู้ของ René Haüy และ Antoine César Becquerel ผู้วางตำแหน่งความสัมพันธ์ระหว่าง ความเครียดเชิงกลและประจุไฟฟ้า การทดลองพิสูจน์แล้วว่าไม่สามารถสรุปได้
ที่พิพิธภัณฑ์ในสกอตแลนด์ ผู้เข้าชมสามารถชมเครื่องชดเชยเพียโซคริสตัลคูรี ซึ่งเป็นการสาธิตผลเพียโซอิเล็กทริกโดยตรงโดยสองพี่น้องปิแอร์และฌาคส์ คูรี การรวมความรู้ของพวกเขาเกี่ยวกับไพโรอิเล็กทริกเข้ากับความเข้าใจในโครงสร้างผลึกพื้นฐานทำให้เกิดการทำนายของไพโรอิเล็กทริกและความสามารถในการทำนายพฤติกรรมของคริสตัล สิ่งนี้แสดงให้เห็นได้จากผลของคริสตัล เช่น ทัวร์มาลีน ควอตซ์ โทแพซ น้ำตาลอ้อย และเกลือโรเชลล์ โซเดียมโพแทสเซียมทาร์เทรต เตตระไฮเดรต และควอตซ์จากเกลือ Rochelle แสดงความเป็นเพียโซอิเล็กทริก และแผ่นเพียโซอิเล็กทริกจะสร้างแรงดันไฟฟ้าเมื่อเปลี่ยนรูป การเปลี่ยนแปลงรูปร่างนี้เกินจริงอย่างมากในการสาธิตของคูรีส์
Curies ได้รับหลักฐานเชิงปริมาณเกี่ยวกับความสามารถในการย้อนกลับได้อย่างสมบูรณ์ของการเสียรูปเชิงกลอิเล็กโทรอิลาสโตในผลึกเพียโซอิเล็กทริก เป็นเวลาหลายทศวรรษที่ piezoelectricity ยังคงเป็นความอยากรู้อยากเห็นในห้องปฏิบัติการจนกระทั่งกลายเป็นเครื่องมือสำคัญในการค้นพบพอโลเนียมและเรเดียมโดย Pierre และ Marie Curie งานของพวกเขาในการสำรวจและกำหนดโครงสร้างผลึกที่แสดง piezoelectricity ถึงจุดสุดยอดในการตีพิมพ์หนังสือ Lehrbuch der Kristallphysik (Textbook of Crystal Physics) ของ Woldemar Voigt สิ่งนี้อธิบายคลาสคริสตัลธรรมชาติที่มีความสามารถในการสร้างเพียโซอิเล็กทริกและกำหนดค่าคงที่ของเพียโซอิเล็กทริกอย่างเข้มงวดผ่านการวิเคราะห์เทนเซอร์
การประยุกต์ใช้เพียโซอิเล็กทริกในทางปฏิบัตินี้นำไปสู่การพัฒนาโซนาร์ในช่วงสงครามโลกครั้งที่ XNUMX ในฝรั่งเศส Paul Langevin และเพื่อนร่วมงานของเขาได้พัฒนาเครื่องตรวจจับเรือดำน้ำแบบอัลตราโซนิก ตัวตรวจจับประกอบด้วยทรานสดิวเซอร์ที่ทำจากผลึกควอทซ์บางๆ ติดกาวอย่างระมัดระวังกับแผ่นเหล็กที่เรียกว่า ไฮโดรโฟน เพื่อตรวจจับเสียงสะท้อนที่กลับมาหลังจากปล่อยพัลส์ความถี่สูง ทรานสดิวเซอร์วัดเวลาที่ใช้ในการได้ยินเสียงสะท้อนของคลื่นเสียงที่กระดอนออกจากวัตถุเพื่อคำนวณระยะทางของวัตถุ การใช้เพียโซอิเล็กทริกในโซนาร์ประสบผลสำเร็จ และโครงการนี้ได้สร้างการพัฒนาที่เข้มข้นและความสนใจในอุปกรณ์เพียโซอิเล็กทริกมานานหลายทศวรรษ
วัสดุเพียโซอิเล็กทริกใหม่และการใช้งานใหม่สำหรับวัสดุเหล่านี้ได้รับการสำรวจและพัฒนา และอุปกรณ์เพียโซอิเล็กทริกพบว่าบ้านในหลายสาขา เช่น ตลับแผ่นเสียงเซรามิก ซึ่งทำให้การออกแบบเครื่องเล่นง่ายขึ้น และทำให้เครื่องเล่นแผ่นเสียงมีราคาถูกลง แม่นยำมากขึ้น บำรุงรักษาถูกกว่าและง่ายกว่า สร้าง. การพัฒนา
แหล่งประจุไฟฟ้าโบราณ
Piezoelectricity คือประจุไฟฟ้าที่สะสมอยู่ในวัสดุแข็งบางชนิด เช่น คริสตัล เซรามิก และสารชีวภาพ เช่น กระดูกและดีเอ็นเอ เกิดจากการตอบสนองของวัสดุต่อความเค้นเชิงกล คำว่า 'piezoelectricity' มาจากคำภาษากรีก 'piezein' ซึ่งแปลว่า 'บีบหรือกด' และคำว่า 'electron' ซึ่งแปลว่า 'อำพัน' ซึ่งเป็นแหล่งประจุไฟฟ้าในสมัยโบราณ
ผลเพียโซอิเล็กทริกเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์เชิงเส้นของกลไกไฟฟ้าระหว่างสถานะทางกลและทางไฟฟ้าของวัสดุผลึกที่มีความสมมาตรแบบผกผัน เป็นกระบวนการที่ผันกลับได้ หมายความว่าวัสดุที่แสดงปฏิกิริยาเพียโซอิเล็กทริกยังแสดงผลเพียโซอิเล็กทริกแบบย้อนกลับ ซึ่งเป็นการสร้างความเครียดทางกลภายในที่เป็นผลมาจากสนามไฟฟ้าที่ใช้ ตัวอย่างเช่น ผลึกไททาเนตของตะกั่วเซอร์โคเนตสร้าง piezoelectricity ที่วัดได้เมื่อโครงสร้างคงที่ของมันผิดรูปจากขนาดเดิม ในทางกลับกัน เมื่อใช้สนามไฟฟ้าภายนอก ผลึกจะเปลี่ยนมิติคงที่ของมันด้วยเอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกผกผัน ทำให้เกิดคลื่นอัลตราซาวนด์
piezoelectric effect ถูกค้นพบในปี 1880 โดย Jacques และ Pierre Curie นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส มันถูกนำไปใช้สำหรับการใช้งานที่มีประโยชน์มากมาย รวมถึงการผลิตและการตรวจจับเสียง การพิมพ์อิงค์เจ็ตแบบเพียโซอิเล็กทริก การผลิตไฟฟ้าแรงสูง เครื่องกำเนิดสัญญาณนาฬิกา และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เช่น เครื่องชั่งไมโครบาลานซ์ นอกจากนี้ยังเป็นพื้นฐานสำหรับการสแกนด้วยกล้องจุลทรรศน์โพรบซึ่งใช้ในการแก้ไขภาพในระดับอะตอม Piezoelectricity ยังใช้ในปิ๊กอัพสำหรับกีตาร์ที่ขยายเสียงด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์และทริกเกอร์สำหรับกลองอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่
Piezoelectricity พบการใช้งานในชีวิตประจำวันในการสร้างประกายไฟเพื่อจุดแก๊สในอุปกรณ์ทำอาหารและทำความร้อน คบไฟ ไฟแช็ก และอื่นๆ ผลกระทบไพโรอิเล็กทริกซึ่งเป็นการผลิตศักย์ไฟฟ้าเพื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ได้รับการศึกษาโดย Carl Linnaeus และ Franz Aepinus ในช่วงกลางศตวรรษที่ 18 โดยใช้ความรู้ของ René Haüy และ Antoine César Becquerel ซึ่งวางตำแหน่งความสัมพันธ์ระหว่างกลไก ความเครียดและประจุไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม การทดลองของพวกเขาพิสูจน์แล้วว่าไม่สามารถสรุปผลได้
มุมมองของเพียโซคริสตัลและตัวชดเชยคูรีที่พิพิธภัณฑ์ฮันเตอร์ในสกอตแลนด์แสดงให้เห็นถึงผลเพียโซอิเล็กทริกโดยตรง เป็นผลงานของสองพี่น้องปิแอร์และฌาคส์ คูรี ที่สำรวจและกำหนดโครงสร้างผลึกที่แสดงปฏิกิริยาเพียโซอิเล็กทริก ซึ่งได้ผลลัพธ์สูงสุดในการตีพิมพ์ Lehrbuch der Kristallphysik (ตำราฟิสิกส์คริสตัล) ของ Woldemar Voigt สิ่งนี้อธิบายคลาสคริสตัลธรรมชาติที่มีความสามารถในการสร้างเพียโซอิเล็กทริกและกำหนดค่าคงที่ของเพียโซอิเล็กทริกอย่างเข้มงวดผ่านการวิเคราะห์เทนเซอร์ ซึ่งช่วยให้สามารถนำอุปกรณ์เพียโซอิเล็กทริกไปใช้ได้จริง
Sonar ได้รับการพัฒนาในช่วงสงครามโลกครั้งที่ XNUMX โดย Paul Langevin จากฝรั่งเศสและเพื่อนร่วมงานของเขา ผู้พัฒนาเครื่องตรวจจับเรือดำน้ำแบบอัลตราโซนิก ตัวตรวจจับประกอบด้วยทรานสดิวเซอร์ที่ทำจากผลึกควอทซ์บางๆ ติดกาวอย่างระมัดระวังกับแผ่นเหล็ก และไฮโดรโฟนเพื่อตรวจจับเสียงสะท้อนที่ย้อนกลับมา ด้วยการปล่อยพัลส์ความถี่สูงจากทรานสดิวเซอร์และวัดเวลาที่ใช้ในการได้ยินเสียงสะท้อนของคลื่นเสียงที่กระดอนออกจากวัตถุ พวกเขาสามารถคำนวณระยะทางไปยังวัตถุได้ พวกเขาใช้เพียโซอิเล็กทริกเพื่อทำให้โซนาร์นี้ประสบความสำเร็จ โครงการนี้ก่อให้เกิดการพัฒนาที่เข้มข้นและความสนใจในอุปกรณ์เพียโซอิเล็กทริกมานานหลายทศวรรษ
ไพโรอิเล็กทริก
Piezoelectricity คือความสามารถของวัสดุบางชนิดในการสะสมประจุไฟฟ้าเพื่อตอบสนองต่อความเค้นเชิงกล มันเป็นปฏิสัมพันธ์เชิงเส้นเชิงกลไฟฟ้าระหว่างสถานะทางกลและทางไฟฟ้าของวัสดุผลึกที่มีสมมาตรผกผัน คำว่า "piezoelectricity" มาจากคำภาษากรีก "piezein" ซึ่งแปลว่า "บีบหรือกด" และคำภาษากรีก "ēlektron" ซึ่งแปลว่า "อำพัน" ซึ่งเป็นแหล่งประจุไฟฟ้าในสมัยโบราณ
เอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกถูกค้นพบโดยนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Jacques และ Pierre Curie ในปี 1880 มันเป็นกระบวนการที่ผันกลับได้ หมายความว่าวัสดุที่แสดงผลเพียโซอิเล็กทริกก็แสดงผลเพียโซอิเล็กทริกแบบย้อนกลับ ซึ่งเป็นการสร้างความเครียดเชิงกลภายในที่เกิดจากสนามไฟฟ้าที่ใช้ ตัวอย่างของวัสดุที่สร้างกระแสไฟฟ้าเพียโซอิเล็กทริกที่วัดได้ ได้แก่ ผลึกตะกั่วเซอร์โคเนตไททาเนต เมื่อโครงสร้างคงที่เสียรูป ก็จะกลับคืนสู่ขนาดเดิม ในทางกลับกัน เมื่อใช้สนามไฟฟ้าภายนอก จะเกิดผลเพียโซอิเล็กทริกแบบผกผัน ส่งผลให้เกิดการผลิตคลื่นอัลตราซาวนด์
เอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกถูกนำไปใช้งานที่มีประโยชน์มากมาย รวมถึงการผลิตและการตรวจจับเสียง การพิมพ์อิงค์เจ็ทเพียโซอิเล็กทริก การผลิตไฟฟ้าแรงสูง เครื่องกำเนิดสัญญาณนาฬิกา และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เช่น เครื่องชั่งไมโคร หัวขับอัลตราโซนิก นอกจากนี้ยังเป็นพื้นฐานสำหรับกล้องจุลทรรศน์หัววัดแบบสแกนซึ่งใช้ในการแก้ไขภาพในระดับอะตอม Piezoelectricity ยังใช้ในปิ๊กอัพสำหรับกีตาร์ที่ขยายเสียงด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ และทริกเกอร์สำหรับกลองอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่
Piezoelectricity พบการใช้งานในชีวิตประจำวัน เช่น การสร้างประกายไฟเพื่อจุดแก๊สในอุปกรณ์ทำอาหารและทำความร้อน คบไฟ ไฟแช็ก และอื่นๆ ผลไพโรอิเล็กทริกซึ่งเป็นการผลิตศักย์ไฟฟ้าเพื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ได้รับการศึกษาโดย Carl Linnaeus และ Franz Aepinus ในช่วงกลางศตวรรษที่ 18 โดยใช้ความรู้ของ René Haüy และ Antoine César Becquerel ผู้ซึ่งมีความสัมพันธ์ ระหว่างความเค้นเชิงกลกับประจุไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม การทดลองพิสูจน์แล้วว่าไม่สามารถสรุปผลได้
มุมมองของเพียโซคริสตัลที่พิพิธภัณฑ์ Curie Compensator ในสกอตแลนด์เป็นการสาธิตผลเพียโซอิเล็กทริกโดยตรง สองพี่น้อง Pierre และ Jacques Curie ได้รวมความรู้ของพวกเขาเกี่ยวกับ pyroelectricity และความเข้าใจเกี่ยวกับโครงสร้างผลึกที่อยู่เบื้องล่าง เพื่อทำให้เกิดความเข้าใจเกี่ยวกับ pyroelectricity และทำนายพฤติกรรมของคริสตัล สิ่งนี้แสดงให้เห็นในผลของคริสตัล เช่น ทัวร์มาลีน ควอตซ์ โทแพซ น้ำตาลอ้อย และเกลือโรเชลล์ พบว่าโซเดียมโพแทสเซียมทาร์เทรต เตตระไฮเดรต และควอตซ์แสดงความเป็นเพียโซอิเล็กทริก และมีการใช้ดิสก์เพียโซอิเล็กทริกเพื่อสร้างแรงดันไฟฟ้าเมื่อเปลี่ยนรูป สิ่งนี้เกินจริงอย่างมากโดย Curies ในการทำนายผลเพียโซอิเล็กทริกแบบย้อนกลับ ผลตรงกันข้ามนั้นอนุมานได้ทางคณิตศาสตร์โดยหลักการทางอุณหพลศาสตร์พื้นฐานโดย Gabriel Lippmann ในปี 1881
เครื่อง Curies ยืนยันการมีอยู่ของเอฟเฟกต์ตรงกันข้ามในทันที และดำเนินการต่อเพื่อรับการพิสูจน์เชิงปริมาณเกี่ยวกับความสามารถในการเปลี่ยนรูปเชิงกลอิเล็กโทร-อิลาสโต-เชิงกลในผลึกเพียโซอิเล็กทริกได้อย่างสมบูรณ์ ในทศวรรษต่อมา เพียโซอิเล็กทริกยังคงเป็นความอยากรู้อยากเห็นในห้องปฏิบัติการจนกระทั่งกลายเป็นเครื่องมือสำคัญในการค้นพบพอโลเนียมและเรเดียมโดยปิแอร์และมารี กูรี งานของพวกเขาในการสำรวจและกำหนดโครงสร้างผลึกที่แสดง piezoelectricity ถึงจุดสุดยอดในการตีพิมพ์หนังสือ Lehrbuch der Kristallphysik (Textbook of Crystal Physics) ของ Woldemar Voigt
การพัฒนาโซนาร์ประสบความสำเร็จ และโครงการนี้ทำให้เกิดการพัฒนาอย่างเข้มข้นและมีความสนใจในอุปกรณ์เพียโซอิเล็กทริก ในทศวรรษต่อมา มีการสำรวจและพัฒนาวัสดุเพียโซอิเล็กทริกใหม่และการใช้งานใหม่สำหรับวัสดุเหล่านี้ อุปกรณ์เพียโซอิเล็กทริกพบที่บ้านในหลายสาขา เช่น ตลับแผ่นเสียงเซรามิก ซึ่งช่วยให้การออกแบบเครื่องเล่นง่ายขึ้นและสร้างเครื่องเล่นแผ่นเสียงที่ถูกกว่าและแม่นยำกว่า ซึ่งดูแลรักษาถูกกว่าและสร้างง่ายกว่า การพัฒนาทรานสดิวเซอร์อัลตราโซนิกทำให้สามารถวัดความหนืดและความยืดหยุ่นของของไหลและของแข็งได้ง่าย ส่งผลให้การวิจัยวัสดุมีความก้าวหน้าอย่างมาก เครื่องวัดการสะท้อนของโดเมนเวลาแบบอัลตราโซนิกจะส่งพัลส์แบบอัลตราโซนิกไปยังวัสดุและวัดการสะท้อนแสงและความไม่ต่อเนื่องเพื่อค้นหาข้อบกพร่องภายในโลหะหล่อและวัตถุที่เป็นหิน ซึ่งช่วยเพิ่มความปลอดภัยของโครงสร้าง
หลังสงครามโลกครั้งที่ XNUMX กลุ่มวิจัยอิสระในสหรัฐอเมริกา รัสเซีย และญี่ปุ่นได้ค้นพบวัสดุสังเคราะห์ประเภทใหม่ที่เรียกว่า เฟอร์โรอิเล็กทริก ซึ่งแสดงค่าคงที่ของเพียโซอิเล็กทริกที่
วัสดุ Piezoelectric
ในหัวข้อนี้ ฉันจะพูดถึงวัสดุที่แสดงผลเพียโซอิเล็กทริก ซึ่งเป็นความสามารถของวัสดุบางชนิดในการสะสมประจุไฟฟ้าเพื่อตอบสนองต่อความเค้นเชิงกล ฉันจะดูคริสตัล เซรามิก สสารชีวภาพ กระดูก ดีเอ็นเอ และโปรตีน และวิธีที่พวกมันทั้งหมดตอบสนองต่อผลเพียโซอิเล็กทริก
คริสตัล
Piezoelectricity คือความสามารถของวัสดุบางชนิดในการสะสมประจุไฟฟ้าเพื่อตอบสนองต่อความเค้นเชิงกล คำว่า piezoelectricity มาจากคำภาษากรีก πιέζειν (piezein) แปลว่า 'บีบ' หรือ 'กด' และ ἤλεκτρον (ēlektron) แปลว่า 'อำพัน' ซึ่งเป็นแหล่งประจุไฟฟ้าในสมัยโบราณ วัสดุเพียโซอิเล็กทริกประกอบด้วยคริสตัล เซรามิก สารชีวภาพ กระดูก ดีเอ็นเอ และโปรตีน
Piezoelectricity เป็นปฏิกิริยาเชิงเส้นของกลไกไฟฟ้าระหว่างสถานะทางกลและทางไฟฟ้าในวัสดุผลึกที่มีความสมมาตรแบบผกผัน เอฟเฟกต์นี้สามารถย้อนกลับได้ หมายความว่าวัสดุที่แสดงปฏิกิริยาเพียโซอิเล็กทริกก็แสดงผลเพียโซอิเล็กทริกแบบย้อนกลับ ซึ่งเป็นการสร้างความเครียดทางกลภายในที่เป็นผลมาจากสนามไฟฟ้าที่ใช้ ตัวอย่างของวัสดุที่สร้างกระแสไฟฟ้าเพียโซอิเล็กทริกที่วัดได้ ได้แก่ ผลึกตะกั่วเซอร์โคเนตไททาเนต ซึ่งสามารถเปลี่ยนรูปร่างเป็นขนาดดั้งเดิมหรือในทางกลับกัน เปลี่ยนขนาดคงที่เมื่อใช้สนามไฟฟ้าภายนอก สิ่งนี้เรียกว่าเอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกแบบผกผัน และใช้เพื่อสร้างคลื่นอัลตราซาวนด์
นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Jacques และ Pierre Curie ค้นพบ piezoelectricity ในปี 1880 เอฟเฟกต์ piezoelectric ถูกนำไปใช้งานที่มีประโยชน์มากมาย รวมถึงการผลิตและการตรวจจับเสียง การพิมพ์อิงค์เจ็ท piezoelectric การผลิตไฟฟ้าแรงสูง เครื่องกำเนิดสัญญาณนาฬิกา และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เช่น เป็นเครื่องชั่งระดับไมโคร ขับเคลื่อนหัวฉีดอัลตราโซนิก และชุดประกอบออปติคัลโฟกัสละเอียดพิเศษ นอกจากนี้ยังเป็นพื้นฐานสำหรับการสแกนด้วยกล้องจุลทรรศน์โพรบซึ่งใช้ในการแก้ไขภาพในระดับอะตอม ปิ๊กอัพปิเอโซอิเล็กทริกยังใช้ในกีตาร์ที่ขยายเสียงด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์และทริกเกอร์ในกลองอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่
Piezoelectricity พบการใช้งานในชีวิตประจำวันในการสร้างประกายไฟเพื่อจุดแก๊สในอุปกรณ์ทำอาหารและทำความร้อน เช่นเดียวกับในคบไฟและไฟแช็ก ผลไพโรอิเล็กทริก ซึ่งเป็นการสร้างศักย์ไฟฟ้าเพื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ได้รับการศึกษาโดย Carl Linnaeus และ Franz Aepinus ในช่วงกลางศตวรรษที่ 18 โดยได้รับความรู้จาก René Haüy และ Antoine César Becquerel ผู้วางตำแหน่งความสัมพันธ์ระหว่างกลไก ความเครียดและประจุไฟฟ้า การทดลองเพื่อพิสูจน์ทฤษฎีนี้ไม่สามารถสรุปได้
มุมมองของเพียโซคริสตัลในตัวชดเชย Curie ที่พิพิธภัณฑ์ Hunterian ในสกอตแลนด์เป็นการสาธิตผลเพียโซอิเล็กทริกโดยตรง สองพี่น้อง Pierre และ Jacques Curie ได้รวมความรู้ของพวกเขาเกี่ยวกับ pyroelectricity เข้ากับความเข้าใจในโครงสร้างผลึกที่อยู่ด้านล่าง เพื่อก่อให้เกิดการทำนายของ pyroelectricity พวกเขาสามารถทำนายพฤติกรรมของผลึกและแสดงผลในผลึก เช่น ทัวร์มาลีน ควอตซ์ บุษราคัม น้ำตาลอ้อย และเกลือโรเชลล์ โซเดียมโพแทสเซียมทาร์เทรต เตตระไฮเดรต และควอตซ์ยังแสดงปฏิกิริยาเพียโซอิเล็กทริก ดิสก์เพียโซอิเล็กทริกสร้างแรงดันไฟฟ้าเมื่อเปลี่ยนรูป การเปลี่ยนแปลงรูปร่างนั้นเกินจริงอย่างมากในการสาธิตของคูรีส์
พวกเขายังสามารถทำนายผลเพียโซอิเล็กทริกแบบย้อนกลับและอนุมานหลักการทางเทอร์โมไดนามิกพื้นฐานที่อยู่เบื้องหลังทางคณิตศาสตร์ได้ Gabriel Lippmann ทำสิ่งนี้ในปี 1881 Curies ยืนยันการมีอยู่ของผลตรงกันข้ามในทันที และดำเนินการต่อเพื่อรับหลักฐานเชิงปริมาณของการกลับตัวได้อย่างสมบูรณ์ของการเสียรูปเชิงกลอิเล็กโทร-อีลาสโตในผลึกเพียโซอิเล็กทริก
เป็นเวลาหลายทศวรรษที่ piezoelectricity ยังคงเป็นสิ่งที่อยากรู้อยากเห็นในห้องปฏิบัติการ แต่เป็นเครื่องมือสำคัญในการค้นพบพอโลเนียมและเรเดียมโดย Pierre และ Marie Curie งานของพวกเขาในการสำรวจและกำหนดโครงสร้างผลึกที่แสดง piezoelectricity ถึงจุดสุดยอดในการตีพิมพ์หนังสือ Lehrbuch der Kristallphysik (Textbook of Crystal Physics) ของ Woldemar Voigt ซึ่งอธิบายคลาสคริสตัลธรรมชาติที่มีความสามารถในการสร้าง piezoelectricity และกำหนดค่าคงที่ของ piezoelectric อย่างเข้มงวดโดยใช้การวิเคราะห์เทนเซอร์
การประยุกต์ใช้อุปกรณ์เพียโซอิเล็กทริกในโซนาร์ในทางปฏิบัติได้รับการพัฒนาขึ้นในช่วงสงครามโลกครั้งที่ XNUMX ในฝรั่งเศส Paul Langevin และเพื่อนร่วมงานของเขาได้พัฒนาเครื่องตรวจจับเรือดำน้ำแบบอัลตราโซนิก ตัวตรวจจับนี้ประกอบด้วยทรานสดิวเซอร์ที่ทำจากผลึกควอทซ์บางๆ ติดกาวอย่างระมัดระวังกับแผ่นเหล็กที่เรียกว่า ไฮโดรโฟน เพื่อตรวจจับเสียงสะท้อนที่กลับมาหลังจากปล่อยพัลส์ความถี่สูง ด้วยการวัดเวลาที่ใช้ในการได้ยินเสียงสะท้อนของคลื่นเสียงที่สะท้อนกับวัตถุ พวกเขาสามารถคำนวณระยะทางไปยังวัตถุได้ การใช้เพียโซอิเล็กทริกในโซนาร์นี้ประสบความสำเร็จ และโครงการนี้ได้สร้างการพัฒนาที่เข้มข้นและความสนใจในอุปกรณ์เพียโซอิเล็กทริกตลอดหลายทศวรรษที่ผ่านมา
เครื่องเคลือบดินเผา
วัสดุเพียโซอิเล็กทริกเป็นของแข็งที่สะสมประจุไฟฟ้าเพื่อตอบสนองต่อความเค้นเชิงกล Piezoelectricity มาจากคำภาษากรีก πιέζειν (piezein) แปลว่า 'บีบ' หรือ 'กด' และ ἤλεκτρον (ēlektron) แปลว่า 'อำพัน' ซึ่งเป็นแหล่งประจุไฟฟ้าในสมัยโบราณ วัสดุเพียโซอิเล็กทริกถูกนำไปใช้งานที่หลากหลาย รวมถึงการผลิตและการตรวจจับเสียง การพิมพ์อิงค์เจ็ทเพียโซอิเล็กทริก และการผลิตไฟฟ้าแรงสูง
วัสดุเพียโซอิเล็กทริกพบได้ในคริสตัล เซรามิก สสารชีวภาพ กระดูก ดีเอ็นเอ และโปรตีน เซรามิกเป็นวัสดุเพียโซอิเล็กทริกที่ใช้กันทั่วไปในชีวิตประจำวัน เซรามิกทำมาจากการรวมกันของออกไซด์ของโลหะ เช่น ตะกั่วเซอร์โคเนตไททาเนต (PZT) ซึ่งถูกให้ความร้อนที่อุณหภูมิสูงเพื่อสร้างของแข็ง เซรามิกส์มีความทนทานสูงและสามารถทนต่ออุณหภูมิและแรงดันที่รุนแรงได้
เซรามิกเพียโซอิเล็กทริกมีประโยชน์หลายอย่าง ได้แก่ :
• ทำให้เกิดประกายไฟเพื่อจุดแก๊สสำหรับอุปกรณ์ทำอาหารและทำความร้อน เช่น คบไฟและไฟแช็คบุหรี่
• การสร้างคลื่นอัลตราซาวนด์สำหรับการถ่ายภาพทางการแพทย์
• ผลิตไฟฟ้าแรงสูงสำหรับเครื่องกำเนิดสัญญาณนาฬิกาและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
• การสร้างเครื่องชั่งระดับไมโครเพื่อใช้ในการชั่งน้ำหนักที่มีความแม่นยำ
• ขับเคลื่อนหัวฉีดอัลตราโซนิกเพื่อการโฟกัสที่ละเอียดเป็นพิเศษของชุดออปติคอล
• สร้างพื้นฐานสำหรับกล้องจุลทรรศน์หัววัดแบบสแกน ซึ่งสามารถแก้ไขภาพในระดับอะตอมได้
• ปิ๊กอัพสำหรับกีตาร์ที่ขยายเสียงด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์และทริกเกอร์สำหรับกลองอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่
เซรามิกเพียโซอิเล็กทริกถูกนำไปใช้งานหลากหลาย ตั้งแต่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคไปจนถึงการถ่ายภาพทางการแพทย์ มีความทนทานสูงและสามารถทนต่ออุณหภูมิและแรงดันที่รุนแรง ทำให้เหมาะสำหรับใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ
เรื่องทางชีวภาพ
Piezoelectricity คือความสามารถของวัสดุบางชนิดในการสะสมประจุไฟฟ้าเพื่อตอบสนองต่อความเค้นเชิงกล มาจากคำภาษากรีก 'piezein' ซึ่งแปลว่า 'บีบหรือกด' และ 'ēlektron' ซึ่งแปลว่า 'อำพัน' ซึ่งเป็นแหล่งประจุไฟฟ้าในสมัยโบราณ
สสารชีวภาพ เช่น กระดูก ดีเอ็นเอ และโปรตีนเป็นวัสดุที่แสดงปฏิกิริยาเพียโซอิเล็กทริก ผลกระทบนี้ย้อนกลับได้ หมายความว่าวัสดุที่แสดงปฏิกิริยาเพียโซอิเล็กทริกก็แสดงผลเพียโซอิเล็กทริกย้อนกลับ ซึ่งเป็นการสร้างความเครียดทางกลภายในที่เป็นผลมาจากสนามไฟฟ้า ตัวอย่างของวัสดุเหล่านี้ ได้แก่ ผลึกไททาเนตของตะกั่วเซอร์โคเนต ซึ่งสร้างกระแสไฟฟ้าแบบเพียโซอิเล็กทริกที่วัดได้เมื่อโครงสร้างคงที่ของพวกมันผิดรูปจากขนาดเดิม ในทางกลับกัน เมื่อใช้สนามไฟฟ้าภายนอก ผลึกจะเปลี่ยนมิติคงที่ ทำให้เกิดคลื่นอัลตราซาวนด์ผ่านเอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกแบบผกผัน
การค้นพบเพียโซอิเล็กทริกเกิดขึ้นโดยนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Jacques และ Pierre Curie ในปี พ.ศ. 1880 นับตั้งแต่นั้นมา มันถูกนำไปใช้ประโยชน์หลากหลาย เช่น:
• การผลิตและการตรวจจับเสียง
• การพิมพ์อิงค์เจ็ทเพียโซอิเล็กทริก
• การผลิตไฟฟ้าแรงสูง
• เครื่องกำเนิดนาฬิกา
• อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
• เครื่องชั่งระดับไมโคร
• ขับหัวฉีดอัลตราโซนิก
• ชุดประกอบออปติคัลโฟกัสแบบ Ultrafine
• สร้างพื้นฐานของกล้องจุลทรรศน์หัววัดแบบสแกน
• แก้ไขภาพที่ระดับของอะตอม
• ปิ๊กอัพในกีตาร์ที่ขยายเสียงด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์
• ทริกเกอร์ในกลองไฟฟ้าสมัยใหม่
พายโซอิเล็กทริกยังใช้กับสิ่งของในชีวิตประจำวัน เช่น แก๊สหุงต้มและอุปกรณ์ทำความร้อน ไฟฉาย ไฟแช็ก และอื่นๆ ผลไพโรอิเล็กทริกซึ่งเป็นการผลิตศักย์ไฟฟ้าเพื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ได้รับการศึกษาโดย Carl Linnaeus และ Franz Aepinus ในช่วงกลางศตวรรษที่ 18 จากความรู้ของ René Haüy และ Antoine César Becquerel พวกเขาวางความสัมพันธ์ระหว่างความเค้นเชิงกลและประจุไฟฟ้า แต่การทดลองของพวกเขาพิสูจน์แล้วว่าไม่สามารถสรุปได้
มุมมองของเพียโซคริสตัลใน Curie Compensator ที่พิพิธภัณฑ์ Hunterian ในสกอตแลนด์เป็นการสาธิตผลเพียโซอิเล็กทริกโดยตรง สองพี่น้อง Pierre และ Jacques Curie ได้รวมความรู้ของพวกเขาเกี่ยวกับไฟฟ้าไพโรอิเล็กทริกและความเข้าใจเกี่ยวกับโครงสร้างผลึกที่อยู่เบื้องล่าง เพื่อก่อให้เกิดการทำนายของไฟฟ้าไพโรอิเล็กทริกและทำนายพฤติกรรมของคริสตัล สิ่งนี้แสดงให้เห็นได้จากผลของคริสตัล เช่น ทัวร์มาลีน ควอตซ์ โทแพซ น้ำตาลอ้อย และเกลือโรเชลล์ โซเดียมและโพแทสเซียมทาร์เทรต เตตระไฮเดรตและควอตซ์ยังแสดงความเป็นเพียโซอิเล็กทริก และมีการใช้ดิสก์เพียโซอิเล็กทริกเพื่อสร้างแรงดันไฟฟ้าเมื่อเปลี่ยนรูป เอฟเฟกต์นี้เกินจริงอย่างมากโดย Curies เพื่อทำนายเอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกแบบย้อนกลับ ผลย้อนกลับนั้นอนุมานได้ทางคณิตศาสตร์จากหลักการทางอุณหพลศาสตร์พื้นฐานโดย Gabriel Lippmann ในปี 1881
เครื่อง Curies ยืนยันการมีอยู่ของเอฟเฟกต์ตรงกันข้ามในทันที และดำเนินการต่อเพื่อรับการพิสูจน์เชิงปริมาณเกี่ยวกับความสามารถในการเปลี่ยนรูปเชิงกลอิเล็กโทร-อิลาสโต-เชิงกลในผลึกเพียโซอิเล็กทริกได้อย่างสมบูรณ์ เป็นเวลาหลายทศวรรษที่ piezoelectricity ยังคงเป็นความอยากรู้อยากเห็นในห้องปฏิบัติการจนกระทั่งกลายเป็นเครื่องมือสำคัญในการค้นพบพอโลเนียมและเรเดียมโดย Pierre และ Marie Curie งานของพวกเขาในการสำรวจและกำหนดโครงสร้างผลึกที่แสดง piezoelectricity ถึงจุดสุดยอดในการตีพิมพ์ 'Lehrbuch der Kristallphysik' ของ Woldemar Voigt (ตำราฟิสิกส์คริสตัล)
กระดูก
Piezoelectricity คือความสามารถของวัสดุบางชนิดในการสะสมประจุไฟฟ้าเพื่อตอบสนองต่อความเค้นเชิงกล กระดูกเป็นวัสดุชนิดหนึ่งที่แสดงปรากฏการณ์นี้
กระดูกเป็นสารชีวภาพชนิดหนึ่งที่ประกอบด้วยโปรตีนและแร่ธาตุ รวมทั้งคอลลาเจน แคลเซียม และฟอสฟอรัส มันเป็นเพียโซอิเล็กทริกมากที่สุดในบรรดาวัสดุชีวภาพทั้งหมด และสามารถสร้างแรงดันไฟฟ้าได้เมื่ออยู่ภายใต้ความเครียดเชิงกล
piezoelectric effect ในกระดูกเป็นผลมาจากโครงสร้างที่เป็นเอกลักษณ์ ประกอบด้วยเครือข่ายของเส้นใยคอลลาเจนที่ฝังอยู่ในเมทริกซ์ของแร่ธาตุ เมื่อกระดูกอยู่ภายใต้ความเครียดเชิงกล เส้นใยคอลลาเจนจะเคลื่อนที่ ทำให้แร่ธาตุมีขั้วและเกิดประจุไฟฟ้า
ผลเพียโซอิเล็กทริกในกระดูกมีประโยชน์หลายอย่าง ใช้ในการถ่ายภาพทางการแพทย์ เช่น การถ่ายภาพอัลตราซาวนด์และเอ็กซ์เรย์ เพื่อตรวจหาการแตกหักของกระดูกและความผิดปกติอื่นๆ นอกจากนี้ยังใช้ในเครื่องช่วยฟังการนำกระดูก ซึ่งใช้เอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกเพื่อแปลงคลื่นเสียงเป็นสัญญาณไฟฟ้าที่ส่งตรงไปยังหูชั้นใน
ผลเพียโซอิเล็กทริกในกระดูกยังใช้ในการปลูกถ่ายกระดูก เช่น ข้อต่อเทียมและแขนขาเทียม การปลูกถ่ายใช้เอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกเพื่อเปลี่ยนพลังงานกลให้เป็นพลังงานไฟฟ้า ซึ่งจากนั้นจะใช้เป็นพลังงานให้กับอุปกรณ์
นอกจากนี้ กำลังสำรวจผลเพียโซอิเล็กทริกในกระดูกเพื่อใช้ในการพัฒนาวิธีการรักษาทางการแพทย์ใหม่ๆ ตัวอย่างเช่น นักวิจัยกำลังตรวจสอบการใช้ piezoelectricity เพื่อกระตุ้นการเจริญเติบโตของกระดูกและซ่อมแซมเนื้อเยื่อที่เสียหาย
โดยรวมแล้ว เอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกในกระดูกเป็นปรากฏการณ์ที่น่าสนใจพร้อมการใช้งานที่หลากหลาย มีการใช้ในแอปพลิเคชันทางการแพทย์และเทคโนโลยีที่หลากหลาย และกำลังถูกสำรวจเพื่อใช้ในการพัฒนาวิธีการรักษาใหม่ๆ
ดีเอ็นเอ
Piezoelectricity คือความสามารถของวัสดุบางชนิดในการสะสมประจุไฟฟ้าเพื่อตอบสนองต่อความเค้นเชิงกล ดีเอ็นเอเป็นวัสดุชนิดหนึ่งที่แสดงผลเช่นนี้ DNA เป็นโมเลกุลทางชีววิทยาที่พบในสิ่งมีชีวิตทุกชนิดและประกอบด้วยเบสของนิวคลีโอไทด์สี่ชนิด ได้แก่ อะดีนีน (A) กวานีน (G) ไซโทซีน (C) และไทมีน (T)
DNA เป็นโมเลกุลเชิงซ้อนที่สามารถใช้สร้างประจุไฟฟ้าได้เมื่ออยู่ภายใต้ความเครียดเชิงกล นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าโมเลกุลของ DNA ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์สองสายที่ยึดกันด้วยพันธะไฮโดรเจน เมื่อพันธะเหล่านี้ขาดลง จะเกิดประจุไฟฟ้าขึ้น
เอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกของ DNA ถูกนำไปใช้งานที่หลากหลาย รวมถึง:
• ผลิตไฟฟ้าสำหรับการปลูกถ่ายทางการแพทย์
• ตรวจจับและวัดแรงทางกลในเซลล์
• การพัฒนาเซ็นเซอร์ระดับนาโน
• การสร้างไบโอเซนเซอร์สำหรับการจัดลำดับดีเอ็นเอ
• การสร้างคลื่นอัลตราซาวนด์สำหรับการถ่ายภาพ
นอกจากนี้ ยังมีการสำรวจผลเพียโซอิเล็กทริกของ DNA เพื่อนำไปใช้ในการพัฒนาวัสดุใหม่ๆ เช่น เส้นลวดนาโนและท่อนาโน วัสดุเหล่านี้สามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้หลากหลาย รวมถึงการเก็บพลังงานและการตรวจจับ
มีการศึกษาผลกระทบของเพียโซอิเล็กทริกของ DNA อย่างกว้างขวางและพบว่ามีความไวสูงต่อความเครียดเชิงกล ทำให้เป็นเครื่องมือที่มีค่าสำหรับนักวิจัยและวิศวกรที่ต้องการพัฒนาวัสดุและเทคโนโลยีใหม่ๆ
สรุปได้ว่า DNA เป็นวัสดุที่แสดงผลเพียโซอิเล็กทริก ซึ่งเป็นความสามารถในการสะสมประจุไฟฟ้าเพื่อตอบสนองต่อความเครียดเชิงกล เอฟเฟ็กต์นี้ถูกนำไปใช้งานที่หลากหลาย รวมถึงการปลูกถ่ายทางการแพทย์ เซ็นเซอร์ระดับนาโน และการจัดลำดับดีเอ็นเอ นอกจากนี้ยังได้รับการสำรวจสำหรับการใช้ศักยภาพในการพัฒนาวัสดุใหม่ เช่น เส้นลวดนาโนและท่อนาโน
โปรตีน
Piezoelectricity คือความสามารถของวัสดุบางชนิดในการสะสมประจุไฟฟ้าเพื่อตอบสนองต่อความเค้นเชิงกล วัสดุเพียโซอิเล็กทริก เช่น โปรตีน คริสตัล เซรามิก และสารชีวภาพ เช่น กระดูกและดีเอ็นเอ แสดงผลนี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง โปรตีนเป็นวัสดุเพียโซอิเล็กทริกที่ไม่เหมือนใคร เนื่องจากประกอบด้วยโครงสร้างที่ซับซ้อนของกรดอะมิโนที่สามารถเปลี่ยนรูปเพื่อสร้างประจุไฟฟ้าได้
โปรตีนเป็นสารเพียโซอิเล็กทริกประเภทที่มีมากที่สุด และพบได้ในหลายรูปแบบ สามารถพบได้ในรูปของเอนไซม์ ฮอร์โมน และแอนติบอดี รวมทั้งในรูปของโปรตีนโครงสร้าง เช่น คอลลาเจนและเคราติน โปรตีนยังพบในรูปของโปรตีนกล้ามเนื้อซึ่งมีหน้าที่ในการหดตัวและคลายตัวของกล้ามเนื้อ
ผลเพียโซอิเล็กทริกของโปรตีนเกิดจากการที่โปรตีนประกอบด้วยโครงสร้างที่ซับซ้อนของกรดอะมิโน เมื่อกรดอะมิโนเหล่านี้เปลี่ยนรูป จะทำให้เกิดประจุไฟฟ้า ประจุไฟฟ้านี้สามารถใช้จ่ายพลังงานให้กับอุปกรณ์ต่างๆ เช่น เซ็นเซอร์และแอคทูเอเตอร์
โปรตีนยังใช้ในทางการแพทย์ที่หลากหลาย ตัวอย่างเช่น พวกมันถูกใช้เพื่อตรวจหาโปรตีนบางชนิดในร่างกาย ซึ่งสามารถใช้ในการวินิจฉัยโรคได้ นอกจากนี้ยังใช้เพื่อตรวจหาแบคทีเรียและไวรัสบางชนิด ซึ่งสามารถใช้วินิจฉัยการติดเชื้อได้
โปรตีนยังใช้ในงานอุตสาหกรรมที่หลากหลาย ตัวอย่างเช่น ใช้ในการสร้างเซ็นเซอร์และแอคทูเอเตอร์สำหรับกระบวนการทางอุตสาหกรรมที่หลากหลาย พวกเขายังใช้เพื่อสร้างวัสดุที่สามารถใช้ในการสร้างเครื่องบินและยานพาหนะอื่นๆ
โดยสรุป โปรตีนเป็นวัสดุเพียโซอิเล็กทริกที่ไม่เหมือนใครซึ่งสามารถนำไปใช้งานได้หลากหลาย ประกอบด้วยโครงสร้างที่ซับซ้อนของกรดอะมิโนที่สามารถเปลี่ยนรูปเพื่อสร้างประจุไฟฟ้า และนำไปใช้ในทางการแพทย์และอุตสาหกรรมที่หลากหลาย
การเก็บเกี่ยวพลังงานด้วย Piezoelectricity
ในส่วนนี้ ฉันจะพูดถึงวิธีการใช้เพียโซอิเล็กทริกเพื่อเก็บเกี่ยวพลังงาน ฉันจะดูการใช้งานต่างๆ ของเพียโซอิเล็กทริก ตั้งแต่การพิมพ์อิงค์เจ็ทเพียโซอิเล็กทริกไปจนถึงเครื่องกำเนิดสัญญาณนาฬิกาและเครื่องชั่งไมโคร นอกจากนี้ ฉันจะสำรวจประวัติของการผลิตไฟฟ้าแบบเพียโซอิเล็กทริก ตั้งแต่การค้นพบโดยปิแอร์ คูรี จนถึงการใช้งานในสงครามโลกครั้งที่สอง สุดท้ายนี้ ผมจะพูดถึงสถานะปัจจุบันของอุตสาหกรรมเพียโซอิเล็กทริกและศักยภาพในการเติบโตต่อไป
การพิมพ์อิงค์เจ็ท Piezoelectric
Piezoelectricity คือความสามารถของวัสดุบางชนิดในการสร้างประจุไฟฟ้าเพื่อตอบสนองต่อความเครียดเชิงกลที่ใช้ คำว่า 'piezoelectricity' มาจากคำภาษากรีก 'piezein' (บีบหรือกด) และ 'electron' (อำพัน) ซึ่งเป็นแหล่งประจุไฟฟ้าในสมัยโบราณ วัสดุเพียโซอิเล็กทริก เช่น คริสตัล เซรามิก และสารชีวภาพ เช่น กระดูกและดีเอ็นเอ ถูกนำไปใช้งานหลากหลายประเภท
Piezoelectricity ใช้เพื่อสร้างไฟฟ้าแรงสูง เป็นเครื่องกำเนิดสัญญาณนาฬิกา ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ และในเครื่องชั่งระดับไมโคร นอกจากนี้ยังใช้เพื่อขับเคลื่อนหัวฉีดอัลตราโซนิกและชุดประกอบออปติคัลโฟกัสแบบละเอียดพิเศษ การพิมพ์อิงค์เจ็ทแบบเพียโซอิเล็กทริกเป็นแอพพลิเคชั่นยอดนิยมของเทคโนโลยีนี้ นี่คือการพิมพ์ประเภทหนึ่งที่ใช้คริสตัลเพียโซอิเล็กทริกเพื่อสร้างการสั่นสะเทือนความถี่สูง ซึ่งใช้ในการพ่นหมึกหยดลงบนหน้ากระดาษ
การค้นพบ piezoelectricity ย้อนกลับไปในปี 1880 เมื่อ Jacques และ Pierre Curie นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสค้นพบผลกระทบดังกล่าว ตั้งแต่นั้นมา เอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกได้ถูกนำไปใช้ประโยชน์ต่างๆ มากมาย Piezoelectricity ใช้ในสิ่งของในชีวิตประจำวัน เช่น แก๊สหุงต้มและอุปกรณ์ทำความร้อน ไฟฉาย ไฟแช็ก และปิ๊กอัพในกีตาร์ที่ขยายเสียงด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ และทริกเกอร์ในกลองไฟฟ้าสมัยใหม่
Piezoelectricity ยังใช้ในการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ เป็นพื้นฐานสำหรับกล้องจุลทรรศน์หัววัดแบบสแกนซึ่งใช้ในการแก้ไขภาพในระดับอะตอม นอกจากนี้ยังใช้ในเครื่องวัดการสะท้อนแสงแบบโดเมนเวลาแบบอัลตราโซนิก ซึ่งจะส่งพัลส์แบบอัลตราโซนิกไปยังวัสดุและวัดการสะท้อนแสงเพื่อตรวจจับความไม่ต่อเนื่องและค้นหาข้อบกพร่องภายในโลหะหล่อและวัตถุหิน
การพัฒนาอุปกรณ์และวัสดุเพียโซอิเล็กทริกได้รับแรงผลักดันจากความต้องการประสิทธิภาพที่ดีขึ้นและกระบวนการผลิตที่ง่ายขึ้น ในสหรัฐอเมริกา การพัฒนาผลึกควอตซ์เพื่อใช้ในเชิงพาณิชย์เป็นปัจจัยหลักในการเติบโตของอุตสาหกรรมเพียโซอิเล็กทริก ในทางตรงกันข้าม ผู้ผลิตของญี่ปุ่นสามารถแบ่งปันข้อมูลและพัฒนาแอปพลิเคชันใหม่ได้อย่างรวดเร็ว ส่งผลให้ตลาดญี่ปุ่นเติบโตอย่างรวดเร็ว
Piezoelectricity ได้ปฏิวัติวิธีการใช้พลังงานของเรา ตั้งแต่สิ่งของในชีวิตประจำวัน เช่น ไฟแช็ค ไปจนถึงการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ขั้นสูง เป็นเทคโนโลยีอเนกประสงค์ที่ช่วยให้เราสามารถสำรวจและพัฒนาวัสดุและการใช้งานใหม่ๆ และจะยังคงเป็นส่วนสำคัญในชีวิตของเราต่อไปอีกหลายปี
การผลิตไฟฟ้าแรงสูง
Piezoelectricity คือความสามารถของวัสดุแข็งบางชนิดในการสะสมประจุไฟฟ้าเพื่อตอบสนองต่อความเค้นเชิงกล คำว่า 'piezoelectricity' มาจากคำภาษากรีก 'piezein' แปลว่า 'บีบ' หรือ 'กด' และ 'ēlektron' แปลว่า 'อำพัน' ซึ่งเป็นแหล่งประจุไฟฟ้าในสมัยโบราณ Piezoelectricity เป็นปฏิกิริยาเชิงเส้นของกลไกไฟฟ้าระหว่างสถานะทางกลและทางไฟฟ้าในวัสดุผลึกที่มีความสมมาตรแบบผกผัน
เอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกเป็นกระบวนการที่ผันกลับได้ วัสดุที่แสดงเพียโซอิเล็กทริกยังแสดงผลเพียโซอิเล็กทริกแบบย้อนกลับ ซึ่งเป็นการสร้างความเครียดทางกลภายในที่เป็นผลมาจากสนามไฟฟ้าที่ใช้ ตัวอย่างเช่น ผลึกไททาเนตของตะกั่วเซอร์โคเนตสร้าง piezoelectricity ที่วัดได้เมื่อโครงสร้างคงที่ของมันผิดรูปจากขนาดเดิม ในทางกลับกัน คริสตัลสามารถเปลี่ยนมิติคงที่ของมันได้เมื่อใช้สนามไฟฟ้าภายนอก ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เรียกว่าเอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกผกผัน ซึ่งใช้ในการผลิตคลื่นอัลตราซาวนด์
เอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกถูกนำไปใช้งานที่หลากหลาย รวมถึงการผลิตไฟฟ้าแรงสูง วัสดุเพียโซอิเล็กทริกถูกนำมาใช้ในการผลิตและการตรวจจับเสียง ในการพิมพ์อิงค์เจ็ทเพียโซอิเล็กทริก ในเครื่องกำเนิดสัญญาณนาฬิกา ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ในเครื่องชั่งไมโคร
นอกจากนี้ เพียโซอิเล็กทริกยังใช้ในการใช้งานในชีวิตประจำวัน เช่น สร้างประกายไฟเพื่อจุดแก๊สในอุปกรณ์ทำอาหารและทำความร้อน ในคบไฟ ไฟแช็ก และวัสดุที่มีผลไพโรอิเล็กทริก ซึ่งสร้างศักย์ไฟฟ้าเพื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ผลกระทบนี้ได้รับการศึกษาโดย Carl Linnaeus และ Franz Aepinus ในช่วงกลางศตวรรษที่ 18 โดยใช้ความรู้จาก René Haüy และ Antoine César Becquerel ซึ่งเป็นผู้วางความสัมพันธ์ระหว่างความเค้นเชิงกลและประจุไฟฟ้า แม้ว่าการทดลองของพวกเขาจะพิสูจน์ไม่ได้แน่ชัด
ความรู้ที่ผสมผสานกันของไพโรอิเล็กทริกและความเข้าใจในโครงสร้างผลึกพื้นฐานทำให้เกิดการทำนายของไพโรอิเล็กทริกและความสามารถในการทำนายพฤติกรรมของคริสตัล สิ่งนี้แสดงให้เห็นได้จากผลของคริสตัล เช่น ทัวร์มาลีน ควอตซ์ โทแพซ น้ำตาลอ้อย และเกลือโรเชลล์ โซเดียมโพแทสเซียมทาร์เทรต เตตระไฮเดรต และควอตซ์ยังแสดงความเป็นเพียโซอิเล็กทริก และมีการใช้ดิสก์เพียโซอิเล็กทริกเพื่อสร้างแรงดันไฟฟ้าเมื่อเปลี่ยนรูป สิ่งนี้เกินจริงอย่างมากในการสาธิตของ Curies เกี่ยวกับผลเพียโซอิเล็กทริกโดยตรง
สองพี่น้อง Pierre และ Jacques Curie ได้รับข้อพิสูจน์เชิงปริมาณเกี่ยวกับความสามารถในการย้อนกลับได้อย่างสมบูรณ์ของการเสียรูปเชิงกลด้วยอิเล็กโทร-อีลาสโตในผลึกเพียโซอิเล็กทริก เป็นเวลาหลายทศวรรษที่ piezoelectricity ยังคงเป็นสิ่งที่อยากรู้อยากเห็นในห้องปฏิบัติการ แต่เป็นเครื่องมือสำคัญในการค้นพบพอโลเนียมและเรเดียมโดย Pierre และ Marie Curie งานของพวกเขาในการสำรวจและกำหนดโครงสร้างผลึกที่แสดง piezoelectricity ถึงจุดสุดยอดในการตีพิมพ์หนังสือ Lehrbuch der Kristallphysik (Textbook of Crystal Physics) ของ Woldemar Voigt ซึ่งอธิบายคลาสคริสตัลธรรมชาติที่มีความสามารถในการสร้าง piezoelectricity และกำหนดค่าคงที่ของ piezoelectric อย่างเข้มงวดโดยใช้การวิเคราะห์เทนเซอร์
การประยุกต์ใช้อุปกรณ์เพียโซอิเล็กทริกในทางปฏิบัตินั้นเริ่มต้นจากการพัฒนาโซนาร์ในช่วงสงครามโลกครั้งที่ XNUMX ในฝรั่งเศส Paul Langevin และเพื่อนร่วมงานของเขาได้พัฒนาเครื่องตรวจจับเรือดำน้ำแบบอัลตราโซนิก ตัวตรวจจับประกอบด้วยทรานสดิวเซอร์ที่ทำจากผลึกควอทซ์บางๆ ติดกาวอย่างระมัดระวังกับแผ่นเหล็ก และไฮโดรโฟนเพื่อตรวจจับเสียงสะท้อนที่ย้อนกลับมา ด้วยการปล่อยพัลส์ความถี่สูงจากทรานสดิวเซอร์และวัดเวลาที่ใช้ในการได้ยินเสียงสะท้อนของคลื่นเสียงที่กระดอนออกจากวัตถุ พวกเขาสามารถคำนวณระยะทางของวัตถุได้ พวกเขาใช้เพียโซอิเล็กทริกเพื่อทำให้โซนาร์ประสบความสำเร็จ และโครงการนี้ได้สร้างการพัฒนาที่เข้มข้นและความสนใจในอุปกรณ์เพียโซอิเล็กทริกในช่วงหลายทศวรรษต่อมา
วัสดุเพียโซอิเล็กทริกใหม่และการใช้งานใหม่สำหรับวัสดุเหล่านี้ได้รับการสำรวจและพัฒนา อุปกรณ์เพียโซอิเล็กทริกพบบ้านในหลายสาขา เช่น ตลับแผ่นเสียงเซรามิก ซึ่งทำให้การออกแบบเครื่องเล่นง่ายขึ้นและสร้างเครื่องเล่นแผ่นเสียงที่ถูกกว่าและแม่นยำกว่า ซึ่งดูแลรักษาถูกกว่าและสร้างง่ายกว่า การพัฒนาทรานสดิวเซอร์อัลตราโซนิกทำให้สามารถวัดความหนืดและความยืดหยุ่นของของไหลและของแข็งได้ง่าย ส่งผลให้การวิจัยวัสดุมีความก้าวหน้าอย่างมาก เครื่องวัดการสะท้อนของโดเมนเวลาแบบอัลตราโซนิกจะส่งพัลส์แบบอัลตราโซนิกไปยังวัสดุและวัดการสะท้อนแสงและความไม่ต่อเนื่องเพื่อค้นหาข้อบกพร่องภายในโลหะหล่อและวัตถุที่เป็นหิน ซึ่งช่วยเพิ่มความปลอดภัยของโครงสร้าง
ในช่วงสงครามโลกครั้งที่ XNUMX กลุ่มวิจัยอิสระในสหรัฐอเมริกา รัสเซีย และญี่ปุ่นได้ค้นพบวัสดุสังเคราะห์ประเภทใหม่ที่เรียกว่าเฟอร์
เครื่องกำเนิดสัญญาณนาฬิกา
Piezoelectricity คือความสามารถของวัสดุบางชนิดในการสะสมประจุไฟฟ้าเพื่อตอบสนองต่อความเค้นเชิงกล ปรากฏการณ์นี้ถูกนำมาใช้เพื่อสร้างแอปพลิเคชันที่มีประโยชน์มากมาย รวมถึงตัวกำเนิดสัญญาณนาฬิกา เครื่องกำเนิดสัญญาณนาฬิกาเป็นอุปกรณ์ที่ใช้ piezoelectricity เพื่อสร้างสัญญาณไฟฟ้าด้วยเวลาที่แม่นยำ
เครื่องกำเนิดสัญญาณนาฬิกาถูกนำไปใช้งานหลากหลาย เช่น ในคอมพิวเตอร์ โทรคมนาคม และระบบยานยนต์ นอกจากนี้ยังใช้ในอุปกรณ์ทางการแพทย์ เช่น เครื่องกระตุ้นหัวใจ เพื่อให้แน่ใจว่าสัญญาณไฟฟ้ามีความแม่นยำ เครื่องกำเนิดสัญญาณนาฬิกายังใช้ในระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรมและหุ่นยนต์ ซึ่งการกำหนดเวลาที่แม่นยำเป็นสิ่งสำคัญ
เอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกขึ้นอยู่กับปฏิสัมพันธ์เชิงเส้นของกลไกไฟฟ้าระหว่างสถานะทางกลและทางไฟฟ้าในวัสดุผลึกที่มีความสมมาตรแบบผกผัน ผลกระทบนี้สามารถย้อนกลับได้ หมายความว่าวัสดุที่แสดงกระแสไฟฟ้าแบบเพียโซอิเล็กทริกยังสามารถสร้างความเครียดทางกลได้เมื่อใช้สนามไฟฟ้า สิ่งนี้เรียกว่าเอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกแบบผกผันและใช้เพื่อสร้างคลื่นอัลตราซาวนด์
เครื่องกำเนิดสัญญาณนาฬิกาใช้เอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกผกผันนี้เพื่อสร้างสัญญาณไฟฟ้าด้วยเวลาที่แม่นยำ วัสดุเพียโซอิเล็กทริกจะเปลี่ยนรูปโดยสนามไฟฟ้า ซึ่งทำให้เกิดการสั่นที่ความถี่เฉพาะ จากนั้นการสั่นสะเทือนนี้จะถูกแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้า ซึ่งใช้เพื่อสร้างสัญญาณบอกเวลาที่แม่นยำ
เครื่องกำเนิดสัญญาณนาฬิกาถูกนำไปใช้งานที่หลากหลาย ตั้งแต่อุปกรณ์ทางการแพทย์ไปจนถึงระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม มีความน่าเชื่อถือ แม่นยำ และใช้งานง่าย ทำให้เป็นตัวเลือกยอดนิยมสำหรับการใช้งานจำนวนมาก Piezoelectricity เป็นส่วนสำคัญของเทคโนโลยีสมัยใหม่ และเครื่องกำเนิดสัญญาณนาฬิกาเป็นเพียงหนึ่งในหลายๆ แอพพลิเคชั่นของปรากฏการณ์นี้
อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
Piezoelectricity คือความสามารถของวัสดุแข็งบางชนิดในการสะสมประจุไฟฟ้าเพื่อตอบสนองต่อความเค้นเชิงกล ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า พีโซอิเล็กทริก เอฟเฟ็กต์ ใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์หลายชนิด ตั้งแต่ปิ๊กอัพในกีตาร์ที่ขยายเสียงด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ ไปจนถึงทริกเกอร์ในกลองอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่
Piezoelectricity มาจากคำภาษากรีก πιέζειν (piezein) แปลว่า “บีบ” หรือ “กด” และ ἤλεκτρον (ēlektron) แปลว่า “อำพัน” ซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดประจุไฟฟ้าในสมัยโบราณ วัสดุเพียโซอิเล็กทริกคือคริสตัล เซรามิก และสารชีวภาพ เช่น กระดูกและโปรตีนดีเอ็นเอ ซึ่งแสดงผลเพียโซอิเล็กทริก
เอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกเป็นปฏิสัมพันธ์เชิงเส้นของกลไกไฟฟ้าระหว่างสถานะทางกลและทางไฟฟ้าในวัสดุผลึกที่มีความสมมาตรแบบผกผัน เป็นกระบวนการที่ผันกลับได้ หมายความว่าวัสดุที่แสดงผลเพียโซอิเล็กทริกยังแสดงผลเพียโซอิเล็กทริกย้อนกลับ ซึ่งเป็นการสร้างความเครียดทางกลภายในที่เป็นผลมาจากสนามไฟฟ้าที่ใช้ ตัวอย่างเช่น ผลึกไททาเนตของตะกั่วเซอร์โคเนตสร้าง piezoelectricity ที่วัดได้เมื่อโครงสร้างคงที่ของมันผิดรูปจากขนาดเดิม ในทางกลับกัน คริสตัลสามารถเปลี่ยนมิติคงที่ของมันได้เมื่อใช้สนามไฟฟ้าภายนอก ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เรียกว่าเอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกผกผัน ซึ่งใช้ในการผลิตคลื่นอัลตราซาวนด์
การค้นพบเพียโซอิเล็กทริกนั้นยกเครดิตให้กับนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสอย่างปิแอร์และฌาคส์ คูรี ซึ่งได้แสดงผลกระทบเพียโซอิเล็กทริกโดยตรงในปี 1880 ความรู้ที่ผสมผสานกันเกี่ยวกับไพโรอิเล็กทริกและความเข้าใจเกี่ยวกับโครงสร้างผลึกพื้นฐานทำให้เกิดการทำนายผลไพโรอิเล็กทริก และความสามารถในการทำนาย พฤติกรรมของผลึกแสดงให้เห็นด้วยผลของผลึก เช่น ทัวร์มาลีน ควอตซ์ โทแพซ น้ำตาลอ้อย และเกลือโรเชลล์
มีการใช้เพียโซอิเล็กทริกในการใช้งานประจำวันหลายประเภท เช่น ทำให้เกิดประกายไฟเพื่อจุดแก๊สในอุปกรณ์ทำอาหารและทำความร้อน คบไฟ ไฟแช็ก และวัสดุที่มีเอฟเฟกต์ไพโรอิเล็กทริกซึ่งสร้างศักย์ไฟฟ้าเพื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ สิ่งนี้ได้รับการศึกษาโดย Carl Linnaeus และ Franz Aepinus ในช่วงกลางศตวรรษที่ 18 โดยได้รับความรู้จาก René Haüy และ Antoine César Becquerel ซึ่งเป็นผู้วางตำแหน่งความสัมพันธ์ระหว่างความเค้นเชิงกลและประจุไฟฟ้า การทดลองพิสูจน์แล้วว่าไม่สามารถหาข้อสรุปได้ จนกระทั่งมุมมองของผลึกเพียโซที่พิพิธภัณฑ์ Curie compensator ในสกอตแลนด์ แสดงให้เห็นถึงผลเพียโซอิเล็กทริกโดยตรงโดยพี่น้องคูรี
Piezoelectricity ใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์หลายชนิด ตั้งแต่ปิ๊กอัพในกีตาร์ที่ขยายสัญญาณด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ ไปจนถึงทริกเกอร์ในกลองอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ นอกจากนี้ยังใช้ในการผลิตและการตรวจจับเสียง การพิมพ์อิงค์เจ็ทเพียโซอิเล็กทริก การผลิตไฟฟ้าแรงสูง เครื่องกำเนิดสัญญาณนาฬิกา เครื่องชั่งไมโครบาลานซ์ Piezoelectricity ยังเป็นพื้นฐานสำหรับการสแกนกล้องจุลทรรศน์โพรบซึ่งใช้ในการแก้ไขภาพในระดับอะตอม
Microbalance ที่
Piezoelectricity คือความสามารถของวัสดุแข็งบางชนิดในการสะสมประจุไฟฟ้าเพื่อตอบสนองต่อความเค้นเชิงกล Piezoelectricity มาจากคำภาษากรีก πιέζειν (piezein) แปลว่า "บีบ" หรือ "กด" และ ἤλεκτρον (ēlektron) แปลว่า "อำพัน" ซึ่งเป็นแหล่งประจุไฟฟ้าในสมัยโบราณ
Piezoelectricity ถูกนำไปใช้งานหลากหลายในชีวิตประจำวัน เช่น สร้างประกายไฟเพื่อจุดแก๊สสำหรับอุปกรณ์ทำอาหารและทำความร้อน คบไฟ ไฟแช็ก และอื่นๆ นอกจากนี้ยังใช้ในการผลิตและการตรวจจับเสียง และในการพิมพ์อิงค์เจ็ทเพียโซอิเล็กทริก
Piezoelectricity ยังใช้ในการผลิตกระแสไฟฟ้าแรงสูง และเป็นพื้นฐานของเครื่องกำเนิดสัญญาณนาฬิกาและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เช่น เครื่องชั่งไมโคร Piezoelectricity ยังใช้เพื่อขับเคลื่อนหัวฉีดอัลตราโซนิกและชุดประกอบออปติคัลโฟกัสแบบละเอียดพิเศษ
การค้นพบเพียโซอิเล็กทริกนั้นยกเครดิตให้กับนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Jacques และ Pierre Curie ในปี 1880 พี่น้องคูรีได้รวมความรู้ของพวกเขาเกี่ยวกับไพโรอิเล็กทริกและความเข้าใจเกี่ยวกับโครงสร้างผลึกพื้นฐานเพื่อก่อให้เกิดแนวคิดของเพียโซอิเล็กทริก พวกเขาสามารถทำนายพฤติกรรมของผลึกและแสดงผลในผลึก เช่น ทัวร์มาลีน ควอตซ์ บุษราคัม น้ำตาลอ้อย และเกลือโรเชลล์
มีการใช้เอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกเพื่อการใช้งานที่เป็นประโยชน์ รวมถึงการผลิตและการตรวจจับเสียง การพัฒนาโซนาร์ในช่วงสงครามโลกครั้งที่ XNUMX เป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญในการใช้เพียโซอิเล็กทริก หลังสงครามโลกครั้งที่ XNUMX กลุ่มวิจัยอิสระในสหรัฐอเมริกา รัสเซีย และญี่ปุ่นได้ค้นพบวัสดุสังเคราะห์ประเภทใหม่ที่เรียกว่า เฟอร์โรอิเล็กทริก ซึ่งแสดงค่าคงที่ของเพียโซอิเล็กทริกสูงกว่าวัสดุธรรมชาติถึงสิบเท่า
สิ่งนี้นำไปสู่การวิจัยและพัฒนาอย่างเข้มข้นของแบเรียมไททาเนตและต่อมาเป็นวัสดุตะกั่วเซอร์โคเนตไททาเนตซึ่งมีคุณสมบัติเฉพาะสำหรับการใช้งานเฉพาะ ตัวอย่างที่สำคัญของการใช้คริสตัลเพียโซอิเล็กทริกได้รับการพัฒนาขึ้นที่ Bell Telephone Laboratories หลังสงครามโลกครั้งที่สอง
Frederick R. Lack ทำงานในแผนกวิศวกรรมโทรศัพท์วิทยุได้พัฒนาคริสตัลเจียระไนที่ทำงานในช่วงอุณหภูมิที่หลากหลาย คริสตัลของแลคไม่ต้องการอุปกรณ์เสริมที่มีน้ำหนักมากเหมือนคริสตัลรุ่นก่อน ทำให้ใช้งานในเครื่องบินได้สะดวก การพัฒนานี้ทำให้กองกำลังทางอากาศของฝ่ายสัมพันธมิตรสามารถโจมตีหมู่โดยใช้วิทยุการบินได้
การพัฒนาอุปกรณ์และวัสดุเพียโซอิเล็กทริกในสหรัฐอเมริกาทำให้หลายบริษัทดำเนินธุรกิจได้ และการพัฒนาผลึกควอตซ์ถูกนำไปใช้ประโยชน์ในเชิงพาณิชย์ ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา วัสดุเพียโซอิเล็กทริกได้ถูกนำไปใช้งานที่หลากหลาย รวมถึงการถ่ายภาพทางการแพทย์ การทำความสะอาดอัลตราโซนิก และอื่นๆ
ขับหัวฉีดอัลตราโซนิก
Piezoelectricity คือประจุไฟฟ้าที่สะสมอยู่ในวัสดุแข็งบางชนิด เช่น คริสตัล เซรามิก และสารชีวภาพ เช่น กระดูกและดีเอ็นเอ เป็นการตอบสนองต่อความเครียดเชิงกลที่ใช้ และมาจากคำภาษากรีก 'piezein' ซึ่งแปลว่า 'บีบ' หรือ 'กด' และ 'electron' ซึ่งแปลว่า 'อำพัน' ซึ่งเป็นแหล่งประจุไฟฟ้าในสมัยโบราณ
เอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกเป็นปฏิสัมพันธ์เชิงเส้นของกลไกไฟฟ้าระหว่างสถานะทางกลและทางไฟฟ้าของวัสดุผลึกที่มีความสมมาตรแบบผกผัน เป็นกระบวนการที่ผันกลับได้ หมายความว่าวัสดุที่แสดงผลเพียโซอิเล็กทริกยังแสดงผลเพียโซอิเล็กทริกย้อนกลับ ซึ่งเป็นการสร้างความเครียดเชิงกลภายในที่เป็นผลมาจากสนามไฟฟ้าที่ใช้ ตัวอย่างของสิ่งนี้คือผลึกตะกั่วเซอร์โคเนตไททาเนต ซึ่งสร้างเพียโซอิเล็กทริกที่วัดได้เมื่อโครงสร้างคงที่ของมันผิดรูปจากขนาดเดิม ในทางกลับกัน เมื่อใช้สนามไฟฟ้าภายนอก ผลึกจะเปลี่ยนมิติคงที่ ส่งผลให้เกิดผลเพียโซอิเล็กทริกผกผัน ซึ่งเป็นการผลิตคลื่นอัลตราซาวนด์
นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Jacques และ Pierre Curie ค้นพบ piezoelectricity ในปี พ.ศ. 1880 และตั้งแต่นั้นเป็นต้นมาก็ถูกนำไปใช้งานที่มีประโยชน์มากมายรวมถึงการผลิตและการตรวจจับเสียง Piezoelectricity ยังพบการใช้งานในชีวิตประจำวัน เช่น การสร้างประกายไฟเพื่อจุดแก๊สในอุปกรณ์ทำอาหารและทำความร้อน คบไฟ ไฟแช็ก และอื่นๆ
ผลกระทบของไพโรอิเล็กทริกซึ่งเป็นวัสดุที่สร้างศักย์ไฟฟ้าเพื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ได้รับการศึกษาโดย Carl Linnaeus, Franz Aepinus และดึงความรู้ในช่วงกลางศตวรรษที่ 18 จาก René Haüy และ Antoine César Becquerel ซึ่งวางตำแหน่งความสัมพันธ์ระหว่างความเค้นเชิงกลและ ค่าไฟฟ้า การทดลองเพื่อพิสูจน์ว่าสิ่งนี้ไม่สามารถสรุปได้
มุมมองของเพียโซคริสตัลใน Curie Compensator ที่พิพิธภัณฑ์ Hunterian ในสกอตแลนด์เป็นการสาธิตของเพียโซอิเล็กทริกโดยตรงโดยสองพี่น้อง Pierre และ Jacques Curie การผสมผสานความรู้ของพวกเขาเกี่ยวกับไพโรอิเล็กทริกและการทำความเข้าใจโครงสร้างผลึกพื้นฐานทำให้เกิดการทำนายของไพโรอิเล็กทริกและทำให้พวกเขาสามารถทำนายพฤติกรรมของคริสตัลได้ สิ่งนี้แสดงให้เห็นด้วยผลของคริสตัล เช่น ทัวร์มาลีน ควอตซ์ โทแพซ น้ำตาลอ้อย และเกลือโรเชลล์ โซเดียมและโพแทสเซียมทาร์เทรต เตตระไฮเดรตและควอตซ์ยังแสดงความเป็นเพียโซอิเล็กทริก และมีการใช้ดิสก์เพียโซอิเล็กทริกเพื่อสร้างแรงดันไฟฟ้าเมื่อเปลี่ยนรูป สิ่งนี้เกินจริงอย่างมากโดย Curies เพื่อทำนายผลเพียโซอิเล็กทริกแบบย้อนกลับ ซึ่งได้รับการอนุมานทางคณิตศาสตร์จากหลักการพื้นฐานทางอุณหพลศาสตร์โดย Gabriel Lippmann ในปี 1881
เครื่อง Curies ยืนยันการมีอยู่ของเอฟเฟกต์ตรงกันข้ามในทันที และดำเนินการต่อเพื่อรับการพิสูจน์เชิงปริมาณเกี่ยวกับความสามารถในการเปลี่ยนรูปเชิงกลอิเล็กโทร-อิลาสโต-เชิงกลในผลึกเพียโซอิเล็กทริกได้อย่างสมบูรณ์ เป็นเวลาหลายทศวรรษที่เพียโซอิเล็กทริกยังคงเป็นความอยากรู้อยากเห็นในห้องปฏิบัติการ แต่เป็นเครื่องมือสำคัญในการค้นพบพอโลเนียมและเรเดียมโดยปิแอร์และมารี กูรีในการสำรวจและกำหนดโครงสร้างผลึกที่แสดงปฏิกิริยาเพียโซอิเล็กทริก สิ่งนี้ถึงจุดสูงสุดในการตีพิมพ์ Lehrbuch der Kristallphysik (ตำราฟิสิกส์ของคริสตัล) ของ Woldemar Voigt ซึ่งอธิบายคลาสผลึกธรรมชาติที่มีความสามารถในการสร้างเพียโซอิเล็กทริกและกำหนดค่าคงที่ของเพียโซอิเล็กทริกอย่างเข้มงวดผ่านการวิเคราะห์เทนเซอร์
การประยุกต์ใช้อุปกรณ์เพียโซอิเล็กทริกในทางปฏิบัตินั้นเริ่มต้นจากโซนาร์ ซึ่งพัฒนาขึ้นในช่วงสงครามโลกครั้งที่ XNUMX ในฝรั่งเศส Paul Langevin และเพื่อนร่วมงานของเขาได้พัฒนาเครื่องตรวจจับเรือดำน้ำแบบอัลตราโซนิก ตัวตรวจจับประกอบด้วยทรานสดิวเซอร์ที่ทำจากผลึกควอทซ์บางๆ ติดกาวอย่างระมัดระวังกับแผ่นเหล็กที่เรียกว่า ไฮโดรโฟน เพื่อตรวจจับเสียงสะท้อนที่กลับมาหลังจากปล่อยพัลส์ความถี่สูง ด้วยการวัดเวลาที่ใช้ในการได้ยินเสียงสะท้อนของคลื่นเสียงที่สะท้อนกับวัตถุ พวกเขาสามารถคำนวณระยะทางของวัตถุได้ การใช้เพียโซอิเล็กทริกในโซนาร์นี้ประสบความสำเร็จ และโครงการนี้ได้สร้างการพัฒนาที่เข้มข้นและความสนใจในอุปกรณ์เพียโซอิเล็กทริกมานานหลายทศวรรษ
มีการสำรวจและพัฒนาวัสดุเพียโซอิเล็กทริกใหม่และการใช้งานใหม่สำหรับวัสดุเหล่านี้ และอุปกรณ์เพียโซอิเล็กทริกที่พบได้ทั่วไปในสาขาต่างๆ เช่น ตลับแผ่นเสียงเซรามิก ซึ่งทำให้การออกแบบเครื่องเล่นง่ายขึ้นและทำให้เครื่องเล่นแผ่นเสียงมีราคาถูกลง แม่นยำขึ้น บำรุงรักษาถูกกว่าและสร้างง่ายกว่า . การพัฒนาทรานสดิวเซอร์อัลตราโซนิกทำให้สามารถวัดความหนืดและความยืดหยุ่นของของไหลและของแข็งได้ง่าย ส่งผลให้การวิจัยวัสดุมีความก้าวหน้าอย่างมาก เครื่องสะท้อนโดเมนเวลาแบบอัลตราโซนิกจะส่งพัลส์อัลตราโซนิกผ่านวัสดุและวัดการสะท้อนแสงและความไม่ต่อเนื่องเพื่อค้นหาข้อบกพร่องภายในวัตถุโลหะหล่อและหิน
ชุดประกอบออปติคัลโฟกัสแบบ Ultrafine
Piezoelectricity คือความสามารถของวัสดุบางชนิดในการสะสมประจุไฟฟ้าเมื่ออยู่ภายใต้ความเค้นเชิงกล เป็นปฏิกิริยาเชิงเส้นของกลไกไฟฟ้าเชิงเส้นระหว่างสถานะทางไฟฟ้าและทางกลของวัสดุผลึกที่มีความสมมาตรแบบผกผัน Piezoelectricity เป็นกระบวนการที่ผันกลับได้ หมายความว่าวัสดุที่แสดง Piezoelectricity ยังแสดงผล Piezoelectric แบบย้อนกลับ ซึ่งเป็นการสร้างความเครียดเชิงกลภายในที่เกิดจากสนามไฟฟ้าที่ใช้
Piezoelectricity ถูกนำไปใช้งานที่หลากหลาย รวมถึงการผลิตและการตรวจจับเสียง และการผลิตไฟฟ้าแรงสูง Piezoelectricity ยังใช้ในการพิมพ์อิงค์เจ็ต เครื่องกำเนิดสัญญาณนาฬิกา อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เครื่องชั่งระดับไมโคร หัวขับอัลตราโซนิก
Piezoelectricity ถูกค้นพบในปี 1880 โดย Jacques และ Pierre Curie นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส เอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกถูกนำไปใช้ประโยชน์ในการใช้งานที่เป็นประโยชน์ เช่น การผลิตและการตรวจจับเสียง และการผลิตไฟฟ้าแรงสูง นอกจากนี้ยังใช้การพิมพ์อิงค์เจ็ทแบบเพียโซอิเล็กทริก เช่นเดียวกับเครื่องกำเนิดสัญญาณนาฬิกา อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เครื่องชั่งไมโคร หัวฉีดอัลตราโซนิกของไดรฟ์ และชุดออปติคอลโฟกัสละเอียดพิเศษ
Piezoelectricity ถูกนำมาใช้ในชีวิตประจำวัน เช่น ทำให้เกิดประกายไฟเพื่อจุดแก๊สสำหรับอุปกรณ์ทำอาหารและทำความร้อน คบไฟ ไฟแช็ก และวัสดุเอฟเฟกต์ไพโรอิเล็กทริกที่สร้างศักย์ไฟฟ้าเพื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ผลกระทบนี้ได้รับการศึกษาโดย Carl Linnaeus และ Franz Aepinus ในช่วงกลางศตวรรษที่ 18 โดยได้รับความรู้จาก René Haüy และ Antoine César Becquerel ผู้ซึ่งกล่าวถึงความสัมพันธ์ระหว่างความเค้นเชิงกลและประจุไฟฟ้า การทดลองพิสูจน์แล้วว่าไม่สามารถสรุปได้
มุมมองของเพียโซคริสตัลใน Curie Compensator ที่พิพิธภัณฑ์ Hunterian ในสกอตแลนด์เป็นการสาธิตของเพียโซอิเล็กทริกโดยตรงโดยสองพี่น้อง Pierre และ Jacques Curie เมื่อรวมกับความรู้เรื่องไพโรอิเล็กทริกและความเข้าใจเกี่ยวกับโครงสร้างผลึกพื้นฐาน พวกเขาทำให้เกิดการทำนายของไพโรอิเล็กทริกและความสามารถในการทำนายพฤติกรรมของคริสตัล สิ่งนี้แสดงให้เห็นในผลของคริสตัล เช่น ทัวร์มาลีน ควอตซ์ โทแพซ น้ำตาลอ้อย และเกลือโรเชลล์
โซเดียมและโพแทสเซียมทาร์เทรตเตตระไฮเดรต และเกลือควอทซ์และโรเชลแสดงความเป็นเพียโซอิเล็กทริก และมีการใช้ดิสก์เพียโซอิเล็กทริกเพื่อสร้างแรงดันไฟฟ้าเมื่อเปลี่ยนรูป แม้ว่าการเปลี่ยนแปลงรูปร่างจะเกินจริงไปมากก็ตาม คูรีส์ทำนายผลคอนเวิร์สเพียโซอิเล็กทริก และผลคอนเวิร์สนั้นอนุมานได้ทางคณิตศาสตร์จากหลักการทางอุณหพลศาสตร์พื้นฐานโดยกาเบรียล ลิปป์มันน์ในปี 1881 คูรีส์ยืนยันทันทีถึงการมีอยู่ของผลคอนเวิร์ส และได้รับการพิสูจน์เชิงปริมาณของการผันกลับได้อย่างสมบูรณ์ของอิเล็กโทร- การเสียรูปเชิงกลของอีลาสโตในผลึกเพียโซอิเล็กทริก
เป็นเวลาหลายทศวรรษที่ piezoelectricity ยังคงเป็นความอยากรู้อยากเห็นในห้องปฏิบัติการจนกระทั่งกลายเป็นเครื่องมือสำคัญในการค้นพบพอโลเนียมและเรเดียมโดย Pierre และ Marie Curie งานของพวกเขาในการสำรวจและกำหนดโครงสร้างผลึกที่แสดง piezoelectricity ถึงจุดสูงสุดในการตีพิมพ์หนังสือ Lehrbuch der Kristallphysik (Textbook of Crystal Physics) ของ Woldemar Voigt สิ่งนี้อธิบายคลาสคริสตัลธรรมชาติที่มีความสามารถในการสร้างเพียโซอิเล็กทริกและกำหนดค่าคงที่ของเพียโซอิเล็กทริกอย่างเข้มงวดโดยใช้การวิเคราะห์เทนเซอร์สำหรับการใช้งานจริงของอุปกรณ์เพียโซอิเล็กทริก
การพัฒนาโซนาร์เป็นโครงการที่ประสบความสำเร็จซึ่งก่อให้เกิดการพัฒนาที่เข้มข้นและความสนใจในอุปกรณ์เพียโซอิเล็กทริก ทศวรรษต่อมา มีการสำรวจและพัฒนาวัสดุเพียโซอิเล็กทริกใหม่และการใช้งานใหม่สำหรับวัสดุเหล่านี้ อุปกรณ์เพียโซอิเล็กทริกพบบ้านในหลายสาขา เช่น ตลับแผ่นเสียงเซรามิก ซึ่งช่วยให้การออกแบบเครื่องเล่นง่ายขึ้น และทำให้เครื่องเล่นแผ่นเสียงมีราคาถูกลง ตลอดจนบำรุงรักษาและสร้างได้ง่ายขึ้น การพัฒนาทรานสดิวเซอร์อัลตราโซนิกทำให้สามารถวัดความหนืดและความยืดหยุ่นของของไหลและของแข็งได้ง่าย ส่งผลให้การวิจัยวัสดุมีความก้าวหน้าอย่างมาก เครื่องวัดการสะท้อนของโดเมนเวลาแบบอัลตราโซนิกจะส่งพัลส์แบบอัลตราโซนิกไปยังวัสดุและวัดการสะท้อนแสงและความไม่ต่อเนื่องเพื่อค้นหาข้อบกพร่องภายในโลหะหล่อและวัตถุที่เป็นหิน ซึ่งช่วยเพิ่มความปลอดภัยของโครงสร้าง
จุดเริ่มต้นของความสนใจด้านเพียโซอิเล็กทริกได้รับการคุ้มครองด้วยสิทธิบัตรที่ทำกำไรได้ของวัสดุใหม่ที่พัฒนาจากคริสตัลควอตซ์ ซึ่งถูกนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์ในฐานะวัสดุเพียโซอิเล็กทริก นักวิทยาศาสตร์ค้นหาวัสดุที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้น และแม้ว่าวัสดุจะก้าวหน้าและกระบวนการผลิตเติบโตเต็มที่ แต่ตลาดของสหรัฐอเมริกาก็ไม่ได้เติบโตอย่างรวดเร็ว ในทางตรงกันข้าม ผู้ผลิตชาวญี่ปุ่นแบ่งปันข้อมูลอย่างรวดเร็ว และแอปพลิเคชันใหม่สำหรับการเติบโตในอุตสาหกรรมเพียโซอิเล็กทริกของสหรัฐอเมริกาก็ได้รับผลกระทบในทางตรงกันข้ามกับผู้ผลิตชาวญี่ปุ่น
เพียโซอิเล็กทริกมอเตอร์
ในส่วนนี้ ฉันจะพูดถึงวิธีการใช้เพียโซอิเล็กทริกในเทคโนโลยีสมัยใหม่ ตั้งแต่กล้องจุลทรรศน์โพรบแบบสแกนที่สามารถแก้ไขภาพในระดับอะตอมไปจนถึงปิ๊กอัพสำหรับกีตาร์ที่ขยายเสียงด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์และทริกเกอร์สำหรับกลองอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ piezoelectricity ได้กลายเป็นส่วนสำคัญของอุปกรณ์มากมาย ฉันจะสำรวจประวัติของ piezoelectricity และวิธีการใช้งานที่หลากหลาย
แบบฟอร์มพื้นฐานของกล้องจุลทรรศน์โพรบสแกน
Piezoelectricity คือประจุไฟฟ้าที่สะสมอยู่ในวัสดุแข็งบางชนิด เช่น คริสตัล เซรามิก และสารชีวภาพ เช่น กระดูกและดีเอ็นเอ เป็นการตอบสนองต่อความเครียดเชิงกลที่ใช้ และคำว่า piezoelectricity มาจากคำภาษากรีก πιέζειν (piezein) แปลว่า "บีบ" หรือ "กด" และ ἤλεκτρον (ēlektron) แปลว่า "อำพัน" ซึ่งเป็นแหล่งประจุไฟฟ้าในสมัยโบราณ
มอเตอร์เพียโซอิเล็กทริกเป็นอุปกรณ์ที่ใช้เอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกเพื่อสร้างการเคลื่อนไหว ผลกระทบนี้คือปฏิกิริยาเชิงเส้นของกลไกไฟฟ้าระหว่างสถานะทางกลและทางไฟฟ้าในวัสดุผลึกที่มีความสมมาตรแบบผกผัน เป็นกระบวนการที่ผันกลับได้ หมายความว่าวัสดุที่แสดงผลเพียโซอิเล็กทริกยังแสดงผลเพียโซอิเล็กทริกย้อนกลับ ซึ่งเป็นการสร้างความเครียดทางกลภายในที่เป็นผลมาจากสนามไฟฟ้าที่ใช้ ตัวอย่างของวัสดุที่สร้างกระแสไฟฟ้าเพียโซอิเล็กทริกที่วัดได้ ได้แก่ ผลึกตะกั่วเซอร์โคเนตไททาเนต
เอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกถูกนำไปใช้ประโยชน์ในการใช้งานที่เป็นประโยชน์ เช่น การผลิตและการตรวจจับเสียง การพิมพ์อิงค์เจ็ทเพียโซอิเล็กทริก การผลิตไฟฟ้าแรงสูง เครื่องกำเนิดสัญญาณนาฬิกา และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เช่น เครื่องชั่งไมโคร นอกจากนี้ยังเป็นพื้นฐานของกล้องจุลทรรศน์หัววัดแบบสแกนซึ่งใช้ในการแก้ไขภาพในระดับอะตอม
Piezoelectricity ถูกค้นพบในปี 1880 โดย Jacques และ Pierre Curie นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส มุมมองของเพียโซคริสตัลและตัวชดเชยคูรีสามารถเห็นได้ที่พิพิธภัณฑ์ Hunterian ในสกอตแลนด์ ซึ่งเป็นการสาธิตของเพียโซอิเล็กทริกโดยตรงโดยสองพี่น้องปิแอร์และฌาคส์ กูรี
การผสมผสานความรู้ของพวกเขาเกี่ยวกับไพโรอิเล็กทริกและความเข้าใจเกี่ยวกับโครงสร้างผลึกที่อยู่ข้างใต้ทำให้เกิดการทำนายของไพโรอิเล็กทริก ซึ่งทำให้พวกเขาทำนายพฤติกรรมของคริสตัลได้ สิ่งนี้แสดงให้เห็นได้จากผลของคริสตัล เช่น ทัวร์มาลีน ควอตซ์ โทแพซ น้ำตาลอ้อย และเกลือโรเชลล์ โซเดียมและโพแทสเซียมทาร์เทรตเตตระไฮเดรต และเกลือควอทซ์และโรเชลแสดงความเป็นเพียโซอิเล็กทริก และดิสก์เพียโซอิเล็กทริกถูกใช้เพื่อสร้างแรงดันไฟฟ้าเมื่อเปลี่ยนรูป แม้ว่าสิ่งนี้จะเกินจริงไปมากโดย Curies
พวกเขายังทำนายผลเพียโซอิเล็กทริกแบบย้อนกลับ และนี่เป็นการอนุมานทางคณิตศาสตร์จากหลักการทางอุณหพลศาสตร์พื้นฐานโดย Gabriel Lippmann ในปี 1881 Curies ยืนยันการมีอยู่ของผลย้อนกลับในทันที และดำเนินการต่อไปเพื่อรับการพิสูจน์เชิงปริมาณของความสามารถในการย้อนกลับได้อย่างสมบูรณ์ของอิเล็กโทรอีลาสโต การเสียรูปเชิงกลในผลึกเพียโซอิเล็กทริก
เป็นเวลาหลายทศวรรษที่ piezoelectricity ยังคงเป็นความอยากรู้อยากเห็นในห้องปฏิบัติการจนกระทั่งกลายเป็นเครื่องมือสำคัญในการค้นพบพอโลเนียมและเรเดียมโดย Pierre และ Marie Curie งานของพวกเขาในการสำรวจและกำหนดโครงสร้างผลึกที่แสดง piezoelectricity ถึงจุดสุดยอดในการตีพิมพ์หนังสือ Lehrbuch der Kristallphysik (Textbook of Crystal Physics) ของ Woldemar Voigt ซึ่งอธิบายถึงชั้นคริสตัลธรรมชาติที่มีความสามารถในการสร้าง piezoelectricity และกำหนดค่าคงที่ของ piezoelectric และการวิเคราะห์เทนเซอร์อย่างเข้มงวด
สิ่งนี้นำไปสู่การประยุกต์ใช้อุปกรณ์เพียโซอิเล็กทริก เช่น โซนาร์ ซึ่งพัฒนาขึ้นในช่วงสงครามโลกครั้งที่ XNUMX ในฝรั่งเศส Paul Langevin และเพื่อนร่วมงานได้พัฒนาเครื่องตรวจจับเรือดำน้ำอัลตราโซนิก ตัวตรวจจับนี้ประกอบด้วยทรานสดิวเซอร์ที่ทำจากผลึกควอตซ์บางๆ ติดกาวอย่างระมัดระวังกับแผ่นเหล็ก และไฮโดรโฟนเพื่อตรวจจับเสียงสะท้อนที่ส่งกลับหลังจากปล่อยพัลส์ความถี่สูงออกจากทรานสดิวเซอร์ ด้วยการวัดเวลาที่ใช้ในการได้ยินเสียงสะท้อนของคลื่นเสียงที่สะท้อนกับวัตถุ พวกเขาสามารถคำนวณระยะทางของวัตถุได้ พวกเขาใช้เพียโซอิเล็กทริกเพื่อทำให้โซนาร์นี้ประสบความสำเร็จ และโครงการนี้ได้สร้างการพัฒนาที่เข้มข้นและความสนใจในอุปกรณ์เพียโซอิเล็กทริกมานานหลายทศวรรษ
วัสดุเพียโซอิเล็กทริกใหม่และการใช้งานใหม่สำหรับวัสดุเหล่านี้ได้รับการสำรวจและพัฒนา และอุปกรณ์เพียโซอิเล็กทริกพบว่าบ้านในหลายสาขา เช่น ตลับแผ่นเสียงเซรามิก ซึ่งทำให้การออกแบบเครื่องเล่นง่ายขึ้น และทำให้เครื่องเล่นแผ่นเสียงราคาถูกและแม่นยำมากขึ้น ซึ่งดูแลรักษาถูกกว่าและง่ายกว่า สร้าง. การพัฒนาทรานสดิวเซอร์อัลตราโซนิกทำให้สามารถวัดความหนืดและความยืดหยุ่นของของไหลและของแข็งได้ง่าย ส่งผลให้การวิจัยวัสดุมีความก้าวหน้าอย่างมาก เครื่องวัดการสะท้อนของโดเมนเวลาแบบอัลตราโซนิกจะส่งพัลส์แบบอัลตราโซนิกไปยังวัสดุและวัดการสะท้อนแสงและความไม่ต่อเนื่องเพื่อค้นหาข้อบกพร่องภายในโลหะหล่อและวัตถุที่เป็นหิน ซึ่งช่วยเพิ่มความปลอดภัยของโครงสร้าง
ในช่วงสงครามโลกครั้งที่ XNUMX กลุ่มวิจัยอิสระในสหรัฐฯ
แก้ไขรูปภาพในระดับอะตอม
Piezoelectricity คือประจุไฟฟ้าที่สะสมอยู่ในวัสดุแข็งบางชนิด เช่น คริสตัล เซรามิก และสารชีวภาพ เช่น กระดูกและดีเอ็นเอ เป็นการตอบสนองต่อความเครียดเชิงกลที่ใช้และมาจากคำภาษากรีก 'piezein' ซึ่งหมายถึงการบีบหรือกด ผลเพียโซอิเล็กทริกเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์เชิงเส้นของกลไกไฟฟ้าระหว่างสถานะทางกลและทางไฟฟ้าในวัสดุผลึกที่มีความสมมาตรแบบผกผัน
Piezoelectricity เป็นกระบวนการที่ย้อนกลับได้ และวัสดุที่แสดงผล piezoelectric ยังแสดงผล piezoelectric ตัวอย่างของสิ่งนี้ ได้แก่ ผลึกไททาเนตของตะกั่วเซอร์โคเนต ซึ่งสร้างพีโซอิเล็กทริกที่วัดได้เมื่อโครงสร้างคงที่ของมันผิดรูปจากขนาดดั้งเดิม ในทางกลับกัน คริสตัลเปลี่ยนมิติคงที่เมื่อใช้สนามไฟฟ้าภายนอก ซึ่งเรียกว่าเอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกผกผัน และใช้ในการผลิตคลื่นอัลตราซาวนด์
นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Jacques และ Pierre Curie ค้นพบ piezoelectricity ในปี 1880 เอฟเฟกต์ piezoelectric ถูกนำไปใช้งานที่มีประโยชน์มากมาย รวมถึงการผลิตและการตรวจจับเสียง การพิมพ์อิงค์เจ็ท piezoelectric การผลิตไฟฟ้าแรงสูง เครื่องกำเนิดสัญญาณนาฬิกา และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เช่น เครื่องชั่งระดับไมโครและขับหัวฉีดอัลตราโซนิก นอกจากนี้ยังเป็นพื้นฐานของกล้องจุลทรรศน์หัววัดแบบสแกนซึ่งใช้ในการแก้ไขภาพในระดับอะตอม
Piezoelectricity ยังใช้ในการใช้งานในชีวิตประจำวัน เช่น สร้างประกายไฟเพื่อจุดแก๊สในอุปกรณ์ทำอาหารและทำความร้อน คบไฟ ไฟแช็ก และอื่นๆ ผลไพโรอิเล็กทริกซึ่งเป็นวัสดุที่สร้างศักย์ไฟฟ้าเพื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ได้รับการศึกษาโดย Carl Linnaeus และ Franz Aepinus ในช่วงกลางศตวรรษที่ 18 จากความรู้ของ René Haüy และ Antoine César Becquerel พวกเขาวางความสัมพันธ์ระหว่างความเค้นเชิงกลและประจุไฟฟ้า แต่การทดลองของพวกเขาพิสูจน์แล้วว่าไม่สามารถสรุปได้
ผู้เยี่ยมชมพิพิธภัณฑ์ฮันเตอร์ในกลาสโกว์สามารถชมเครื่องชดเชยเพียโซคริสตัลคูรี ซึ่งเป็นการสาธิตเอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกโดยตรงโดยสองพี่น้องปิแอร์และฌาคส์ กูรี เมื่อรวมกับความรู้ของพวกเขาเกี่ยวกับไพโรอิเล็กทริกและความเข้าใจเกี่ยวกับโครงสร้างผลึกพื้นฐาน พวกเขาทำให้เกิดการทำนายของไพโรอิเล็กทริกและความสามารถในการทำนายพฤติกรรมของคริสตัล สิ่งนี้แสดงให้เห็นได้จากผลของคริสตัล เช่น ทัวร์มาลีน ควอตซ์ โทแพซ น้ำตาลอ้อย และเกลือโรเชลล์ โซเดียมและโพแทสเซียมทาร์เทรตเตตระไฮเดรต และเกลือควอทซ์และโรเชลแสดงความเป็นเพียโซอิเล็กทริก และแผ่นเพียโซอิเล็กทริกจะสร้างแรงดันไฟฟ้าเมื่อเปลี่ยนรูป แม้ว่าการเปลี่ยนแปลงรูปร่างจะเกินจริงไปมากก็ตาม คูรีส์สามารถทำนายผลเพียโซอิเล็กทริกแบบคอนเวิร์สได้ และผลคอนเวิร์สนั้นอนุมานได้ทางคณิตศาสตร์จากหลักการทางอุณหพลศาสตร์พื้นฐานโดยกาเบรียล ลิปป์มันน์ในปี 1881
เครื่อง Curies ยืนยันการมีอยู่ของเอฟเฟกต์ตรงกันข้ามในทันที และดำเนินการต่อเพื่อรับการพิสูจน์เชิงปริมาณเกี่ยวกับความสามารถในการเปลี่ยนรูปเชิงกลอิเล็กโทร-อิลาสโต-เชิงกลในผลึกเพียโซอิเล็กทริกได้อย่างสมบูรณ์ เป็นเวลาหลายทศวรรษที่ piezoelectricity ยังคงเป็นสิ่งที่อยากรู้อยากเห็นในห้องปฏิบัติการ แต่เป็นเครื่องมือสำคัญในการค้นพบพอโลเนียมและเรเดียมโดย Pierre และ Marie Curie งานของพวกเขาในการสำรวจและกำหนดโครงสร้างผลึกที่แสดง piezoelectricity ถึงจุดสุดยอดในการตีพิมพ์หนังสือ Lehrbuch der Kristallphysik (Textbook of Crystal Physics) ของ Woldemar Voigt
Pickups กีต้าร์ที่ขยายสัญญาณด้วยไฟฟ้า
มอเตอร์เพียโซอิเล็กทริกเป็นมอเตอร์ไฟฟ้าที่ใช้เอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกเพื่อเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกล ผลเพียโซอิเล็กทริกคือความสามารถของวัสดุบางชนิดในการสร้างประจุไฟฟ้าเมื่ออยู่ภายใต้ความเค้นเชิงกล มอเตอร์เพียโซอิเล็กทริกถูกนำไปใช้งานหลากหลาย ตั้งแต่การจ่ายพลังงานให้กับอุปกรณ์ขนาดเล็ก เช่น นาฬิกา ไปจนถึงการจ่ายพลังงานให้กับเครื่องจักรขนาดใหญ่ เช่น หุ่นยนต์และอุปกรณ์ทางการแพทย์
มอเตอร์ Piezoelectric ใช้ในกีตาร์ปิ๊กอัพที่ขยายสัญญาณด้วยไฟฟ้า ปิ๊กอัพเหล่านี้ใช้เอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกเพื่อแปลงการสั่นของสายกีตาร์เป็นสัญญาณไฟฟ้า สัญญาณนี้จะถูกขยายและส่งไปยังเครื่องขยายเสียงซึ่งสร้างเสียงของกีตาร์ ปิ๊กโซอิเล็กทริกยังใช้ในกลองอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ ซึ่งใช้ในการตรวจจับการสั่นสะเทือนของหัวกลองและแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้า
มอเตอร์เพียโซอิเล็กทริกยังใช้ในกล้องจุลทรรศน์โพรบสแกน ซึ่งใช้เอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกเพื่อเคลื่อนโพรบขนาดเล็กบนพื้นผิว สิ่งนี้ทำให้กล้องจุลทรรศน์สามารถแก้ไขภาพในระดับอะตอมได้ นอกจากนี้ มอเตอร์เพียโซอิเล็กทริกยังใช้ในเครื่องพิมพ์อิงค์เจ็ต ซึ่งใช้เพื่อเลื่อนหัวพิมพ์ไปมาในหน้ากระดาษ
มอเตอร์เพียโซอิเล็กทริกถูกนำไปใช้งานอื่นๆ ที่หลากหลาย รวมถึงอุปกรณ์ทางการแพทย์ ส่วนประกอบยานยนต์ และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค นอกจากนี้ยังใช้ในงานอุตสาหกรรม เช่น ในการผลิตชิ้นส่วนที่มีความแม่นยำและการประกอบชิ้นส่วนที่ซับซ้อน เอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกยังใช้ในการผลิตคลื่นอัลตราซาวนด์ซึ่งใช้ในการถ่ายภาพทางการแพทย์และในการตรวจจับข้อบกพร่องในวัสดุ
โดยรวมแล้ว มอเตอร์เพียโซอิเล็กทริกถูกนำไปใช้งานหลากหลาย ตั้งแต่การจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์ขนาดเล็กไปจนถึงการจ่ายไฟให้กับเครื่องจักรขนาดใหญ่ ใช้ในปิ๊กอัพกีตาร์ที่ขยายเสียงด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ กลองอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ กล้องจุลทรรศน์โพรบสแกน เครื่องพิมพ์อิงค์เจ็ต อุปกรณ์ทางการแพทย์ ชิ้นส่วนรถยนต์ และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค เอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกยังใช้ในการผลิตคลื่นอัลตราซาวนด์และในการตรวจจับข้อบกพร่องในวัสดุ
ทริกเกอร์กลองอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่
Piezoelectricity คือประจุไฟฟ้าที่สะสมอยู่ในวัสดุแข็งบางชนิด เช่น คริสตัล เซรามิก และสารชีวภาพ เช่น กระดูกและดีเอ็นเอ เป็นการตอบสนองของวัสดุเหล่านี้ต่อความเค้นเชิงกล คำว่า piezoelectricity มาจากคำภาษากรีก "piezein" ซึ่งแปลว่า "บีบหรือกด" และคำว่า "electron" ซึ่งแปลว่า "อำพัน" ซึ่งเป็นแหล่งประจุไฟฟ้าในสมัยโบราณ
มอเตอร์เพียโซอิเล็กทริกเป็นอุปกรณ์ที่ใช้เอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกเพื่อสร้างการเคลื่อนไหว ผลกระทบนี้เป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์เชิงเส้นของกลไกไฟฟ้าระหว่างสถานะทางกลและทางไฟฟ้าของวัสดุผลึกที่มีความสมมาตรแบบผกผัน เป็นกระบวนการที่ผันกลับได้ หมายความว่าวัสดุที่แสดงผลเพียโซอิเล็กทริกยังแสดงผลเพียโซอิเล็กทริกย้อนกลับ ซึ่งเป็นการสร้างความเครียดเชิงกลภายในที่เป็นผลมาจากสนามไฟฟ้าที่ใช้ ตัวอย่างของสิ่งนี้คือผลึกตะกั่วเซอร์โคเนตไททาเนต ซึ่งสร้างเพียโซอิเล็กทริกที่วัดได้เมื่อโครงสร้างคงที่ของมันผิดรูปจากขนาดเดิม ในทางกลับกัน เมื่อใช้สนามไฟฟ้าภายนอก คริสตัลจะเปลี่ยนมิติคงที่ ทำให้เกิดคลื่นอัลตราซาวนด์
มอเตอร์เพียโซอิเล็กทริกถูกนำไปใช้งานในชีวิตประจำวันที่หลากหลาย เช่น:
• ทำให้เกิดประกายไฟเพื่อจุดแก๊สในอุปกรณ์ทำอาหารและทำความร้อน
• คบเพลิง ไฟแช็ก และวัสดุที่มีผลไพโรอิเล็กทริก
• สร้างศักย์ไฟฟ้าเพื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ
• การผลิตและการตรวจจับเสียง
• การพิมพ์อิงค์เจ็ทเพียโซอิเล็กทริก
• การผลิตไฟฟ้าแรงสูง
• เครื่องกำเนิดสัญญาณนาฬิกาและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
• เครื่องชั่งระดับไมโคร
• ขับเคลื่อนหัวฉีดอัลตราโซนิกและชุดประกอบออปติคัลโฟกัสแบบละเอียดพิเศษ
• สร้างพื้นฐานของกล้องจุลทรรศน์หัววัดแบบสแกน
• แก้ไขภาพที่ระดับของอะตอม
• ปิ๊กอัพกีตาร์แบบขยายเสียงด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์
• ทริกเกอร์กลองไฟฟ้าสมัยใหม่
การสร้างแบบจำลองระบบเครื่องกลไฟฟ้าของทรานสดิวเซอร์เพียโซอิเล็กทริก
ในส่วนนี้ ฉันจะสำรวจการสร้างแบบจำลองเครื่องกลไฟฟ้าของทรานสดิวเซอร์แบบเพียโซอิเล็กทริก ฉันจะดูประวัติของการค้นพบเพียโซอิเล็กทริก การทดลองที่พิสูจน์การมีอยู่ของมัน และการพัฒนาอุปกรณ์และวัสดุเพียโซอิเล็กทริก ฉันจะพูดถึงผลงานของนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Pierre และ Jacques Curie, Carl Linnaeus และ Franz Aepinus, Rene Hauy และ Antoine Cesar Becquerel, Gabriel Lippmann และ Woldemar Voigt
นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Pierre และ Jacques Curie
Piezoelectricity เป็นปรากฏการณ์ทางระบบเครื่องกลไฟฟ้าที่ประจุไฟฟ้าสะสมอยู่ในวัสดุแข็งบางชนิด เช่น คริสตัล เซรามิก และสสารทางชีวภาพ เช่น กระดูกและดีเอ็นเอ ประจุนี้ถูกสร้างขึ้นเพื่อตอบสนองต่อความเครียดเชิงกลที่ใช้ คำว่า 'piezoelectricity' มาจากคำภาษากรีก 'piezein' ซึ่งแปลว่า 'บีบหรือกด' และ 'electron' ซึ่งแปลว่า 'อำพัน' ซึ่งเป็นแหล่งประจุไฟฟ้าในสมัยโบราณ
ผลเพียโซอิเล็กทริกเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์เชิงเส้นของกลไกไฟฟ้าระหว่างสถานะทางกลและทางไฟฟ้าในวัสดุที่มีความสมมาตรแบบผกผัน เอฟเฟกต์นี้สามารถย้อนกลับได้ หมายความว่าวัสดุที่แสดงเอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกก็แสดงผลเพียโซอิเล็กทริกแบบย้อนกลับด้วย ซึ่งการสร้างความเครียดทางกลภายในเกิดขึ้นเพื่อตอบสนองต่อสนามไฟฟ้าที่ใช้ ตัวอย่างเช่น ผลึกไททาเนตของตะกั่วเซอร์โคเนตสร้าง piezoelectricity ที่วัดได้เมื่อโครงสร้างคงที่ของมันผิดรูปจากขนาดเดิม ในทางกลับกัน เมื่อใช้สนามไฟฟ้าภายนอก ผลึกจะเปลี่ยนมิติคงที่ ทำให้เกิดคลื่นอัลตราซาวนด์ในกระบวนการที่เรียกว่า เอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกผกผัน
ในปี 1880 นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Pierre และ Jacques Curie ค้นพบเอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริก และตั้งแต่นั้นมาก็ถูกนำไปใช้งานที่มีประโยชน์มากมาย รวมถึงการผลิตและการตรวจจับเสียง การพิมพ์อิงค์เจ็ตเพียโซอิเล็กทริก การผลิตไฟฟ้าแรงสูง เครื่องกำเนิดสัญญาณนาฬิกา และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ อุปกรณ์ต่างๆ เช่น เครื่องชั่งไมโครและขับหัวฉีดอัลตราโซนิกสำหรับชุดประกอบออปติคอลโฟกัสละเอียดพิเศษ นอกจากนี้ยังเป็นพื้นฐานสำหรับกล้องจุลทรรศน์โพรบสแกนซึ่งสามารถแก้ไขภาพในระดับอะตอมได้ Piezoelectricity ยังใช้ในปิ๊กอัพสำหรับกีตาร์ที่ขยายเสียงด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์และทริกเกอร์สำหรับกลองอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่
Piezoelectricity ยังพบการใช้งานในชีวิตประจำวัน เช่น การสร้างประกายไฟเพื่อจุดแก๊สในอุปกรณ์ทำอาหารและทำความร้อน คบไฟ ไฟแช็ก และอื่นๆ ผลไพโรอิเล็กทริกที่วัสดุสร้างศักย์ไฟฟ้าเพื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ได้รับการศึกษาโดย Carl Linnaeus และ Franz Aepinus ในช่วงกลางศตวรรษที่ 18 โดยใช้ความรู้ของ René Hauy และ Antoine César Becquerel ผู้วางตำแหน่งความสัมพันธ์ระหว่าง ความเครียดเชิงกลและประจุไฟฟ้า แม้ว่าการทดลองของพวกเขาจะพิสูจน์ไม่ได้
ด้วยการรวมความรู้ของพวกเขาเกี่ยวกับไฟฟ้าไพโรอิเล็กทริกเข้ากับความเข้าใจในโครงสร้างผลึกพื้นฐาน Curies สามารถทำให้เกิดการทำนายของไฟฟ้าไพโรอิเล็กทริกและทำนายพฤติกรรมของคริสตัลได้ สิ่งนี้แสดงให้เห็นในผลของคริสตัล เช่น ทัวร์มาลีน ควอตซ์ โทแพซ น้ำตาลอ้อย และเกลือโรเชลล์ โซเดียมโพแทสเซียมทาร์เทรต เตตระไฮเดรต และควอตซ์ยังแสดงปฏิกิริยาเพียโซอิเล็กทริก แผ่นเพียโซอิเล็กทริกสร้างแรงดันไฟฟ้าเมื่อเปลี่ยนรูป แม้ว่าสิ่งนี้จะเกินจริงอย่างมากในการสาธิตของ Curies พวกเขายังสามารถทำนายผลเพียโซอิเล็กทริกแบบย้อนกลับและอนุมานได้ทางคณิตศาสตร์จากหลักการทางอุณหพลศาสตร์พื้นฐานโดย Gabriel Lippmann ในปี 1881
เครื่อง Curies ยืนยันการมีอยู่ของเอฟเฟกต์ตรงกันข้ามในทันที และดำเนินการต่อเพื่อรับการพิสูจน์เชิงปริมาณเกี่ยวกับความสามารถในการเปลี่ยนรูปเชิงกลอิเล็กโทร-อิลาสโต-เชิงกลในผลึกเพียโซอิเล็กทริกได้อย่างสมบูรณ์ ในทศวรรษต่อมา เพียโซอิเล็กทริกยังคงเป็นความอยากรู้อยากเห็นในห้องปฏิบัติการจนกระทั่งกลายเป็นเครื่องมือสำคัญในการค้นพบพอโลเนียมและเรเดียมโดยปิแอร์และมารี กูรี งานของพวกเขาในการสำรวจและกำหนดโครงสร้างผลึกที่แสดง piezoelectricity ถึงจุดสุดยอดในการตีพิมพ์ 'Lehrbuch der Kristallphysik' ของ Woldemar Voigt (ตำราฟิสิกส์คริสตัล)
การทดลองได้รับการพิสูจน์แล้วว่าไม่สามารถหาข้อสรุปได้
Piezoelectricity เป็นปรากฏการณ์ทางระบบเครื่องกลไฟฟ้าที่ประจุไฟฟ้าสะสมอยู่ในวัสดุแข็งบางชนิด เช่น คริสตัล เซรามิก และสสารทางชีวภาพ เช่น กระดูกและดีเอ็นเอ เป็นการตอบสนองต่อความเครียดเชิงกลที่ใช้ และคำว่า 'เพียโซอิเล็กทริก' มาจากคำภาษากรีก 'พีเซอิน' ซึ่งแปลว่า 'บีบหรือกด' และ 'อีเล็กตรอน' ซึ่งแปลว่า 'อำพัน' ซึ่งเป็นแหล่งประจุไฟฟ้าในสมัยโบราณ
ผลเพียโซอิเล็กทริกเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์เชิงเส้นของกลไกไฟฟ้าระหว่างสถานะทางกลและทางไฟฟ้าของวัสดุผลึกที่มีความสมมาตรแบบผกผัน เป็นกระบวนการที่ย้อนกลับได้ วัสดุที่แสดงผลเพียโซอิเล็กทริกยังแสดงผลเพียโซอิเล็กทริกแบบย้อนกลับ ซึ่งเป็นการสร้างความเครียดเชิงกลภายในที่เกิดจากสนามไฟฟ้าที่ใช้ ตัวอย่างเช่น ผลึกไททาเนตของตะกั่วเซอร์โคเนตสร้าง piezoelectricity ที่วัดได้เมื่อโครงสร้างคงที่ของมันผิดรูปจากขนาดเดิม ในทางกลับกัน คริสตัลสามารถเปลี่ยนมิติคงที่ได้เมื่อใช้สนามไฟฟ้าภายนอก ซึ่งเรียกว่าเอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกผกผัน ซึ่งใช้ในการผลิตคลื่นอัลตราซาวนด์
นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Pierre และ Jacques Curie ค้นพบเพียโซอิเล็กทริกในปี 1880 นับตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา มันถูกนำไปใช้ประโยชน์หลากหลาย เช่น การผลิตและการตรวจจับเสียง การพิมพ์อิงค์เจ็ตเพียโซอิเล็กทริก การผลิตไฟฟ้าแรงสูง เครื่องกำเนิดสัญญาณนาฬิกา และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เช่น เครื่องชั่งไมโคร , ขับเคลื่อนหัวฉีดอัลตราโซนิก และชุดประกอบออปติคัลโฟกัสแบบละเอียดพิเศษ นอกจากนี้ยังเป็นพื้นฐานของกล้องจุลทรรศน์โพรบสแกนซึ่งสามารถแก้ไขภาพในระดับอะตอมได้ Piezoelectricity ยังใช้ในปิ๊กอัพสำหรับกีตาร์ที่ขยายเสียงด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ และทริกเกอร์สำหรับกลองอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่
Piezoelectricity พบการใช้งานในชีวิตประจำวันในการสร้างประกายไฟเพื่อจุดแก๊สในอุปกรณ์ทำอาหารและทำความร้อน คบไฟ ไฟแช็ก และอื่นๆ ผลกระทบของไพโรอิเล็กทริกซึ่งวัสดุสร้างศักย์ไฟฟ้าเพื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ได้รับการศึกษาโดย Carl Linnaeus และ Franz Aepinus ในช่วงกลางศตวรรษที่ 18 โดยใช้ความรู้ของ René Hauy และ Antoine César Becquerel ซึ่งวางตำแหน่งความสัมพันธ์ ระหว่างความเค้นเชิงกลกับประจุไฟฟ้า การทดลองพิสูจน์แล้วว่าไม่สามารถสรุปได้
ความรู้ที่รวมกันของไพโรอิเล็กทริกและความเข้าใจในโครงสร้างผลึกพื้นฐานทำให้เกิดการทำนายของไพโรอิเล็กทริกและความสามารถในการทำนายพฤติกรรมของผลึก สิ่งนี้แสดงให้เห็นในผลของคริสตัล เช่น ทัวร์มาลีน ควอตซ์ โทแพซ น้ำตาลอ้อย และเกลือโรเชลล์ โซเดียมโพแทสเซียมทาร์เทรต เตตระไฮเดรต และควอตซ์ยังแสดงความเป็นเพียโซอิเล็กทริก และมีการใช้ดิสก์เพียโซอิเล็กทริกเพื่อสร้างแรงดันไฟฟ้าเมื่อเปลี่ยนรูป สิ่งนี้เกินจริงอย่างมากในการสาธิตของ Curies เกี่ยวกับผลเพียโซอิเล็กทริกโดยตรง
สองพี่น้อง Pierre และ Jacques Curie ทำนายผลย้อนกลับของพีโซอิเล็กทริก และผลย้อนกลับนั้นอนุมานได้ในทางคณิตศาสตร์จากหลักการพื้นฐานทางอุณหพลศาสตร์โดย Gabriel Lippmann ในปี 1881 Curies ยืนยันทันทีถึงการมีอยู่ของผลตรงกันข้าม และดำเนินการต่อไปเพื่อรับการพิสูจน์เชิงปริมาณของผลสมบูรณ์ การย้อนกลับของการเสียรูปเชิงกลอิเล็กโทรอิลาสโตในผลึกเพียโซอิเล็กทริก
เป็นเวลาหลายทศวรรษที่ piezoelectricity ยังคงเป็นสิ่งที่อยากรู้อยากเห็นในห้องปฏิบัติการ แต่เป็นเครื่องมือสำคัญในการค้นพบพอโลเนียมและเรเดียมโดย Pierre และ Marie Curie งานของพวกเขาในการสำรวจและกำหนดโครงสร้างผลึกที่แสดง piezoelectricity ถึงจุดสูงสุดในการตีพิมพ์หนังสือ Lehrbuch der Kristallphysik (Textbook of Crystal Physics) ของ Woldemar Voigt สิ่งนี้อธิบายคลาสคริสตัลธรรมชาติที่มีความสามารถในการสร้างเพียโซอิเล็กทริกและกำหนดค่าคงที่ของเพียโซอิเล็กทริกอย่างเข้มงวดโดยใช้การวิเคราะห์เทนเซอร์ นี่เป็นการนำทรานสดิวเซอร์แบบเพียโซอิเล็กทริกมาใช้จริงเป็นครั้งแรก และโซนาร์ได้รับการพัฒนาในช่วงสงครามโลกครั้งที่ XNUMX ในฝรั่งเศส Paul Langevin และเพื่อนร่วมงานของเขาได้พัฒนาเครื่องตรวจจับเรือดำน้ำแบบอัลตราโซนิก
คาร์ล ลินเนียส และฟรานซ์ เอปินุส
Piezoelectricity เป็นปรากฏการณ์ทางระบบเครื่องกลไฟฟ้าที่ประจุไฟฟ้าสะสมอยู่ในวัสดุแข็งบางชนิด เช่น คริสตัล เซรามิก และสสารทางชีวภาพ เช่น กระดูกและดีเอ็นเอ ประจุนี้ถูกสร้างขึ้นเพื่อตอบสนองต่อความเครียดเชิงกลที่ใช้ คำว่า piezoelectricity มาจากคำภาษากรีก πιέζειν (piezein) แปลว่า “บีบหรือกด” และ ἤλεκτρον (ēlektron) แปลว่า “อำพัน” ซึ่งเป็นแหล่งประจุไฟฟ้าในสมัยโบราณ
ผลเพียโซอิเล็กทริกเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์เชิงเส้นของกลไกไฟฟ้าระหว่างสถานะทางกลและทางไฟฟ้าของวัสดุผลึกที่มีความสมมาตรแบบผกผัน เอฟเฟกต์นี้สามารถย้อนกลับได้ หมายความว่าวัสดุที่แสดงปฏิกิริยาเพียโซอิเล็กทริกก็แสดงผลเพียโซอิเล็กทริกแบบย้อนกลับ ซึ่งเป็นการสร้างความเครียดทางกลภายในที่เป็นผลมาจากสนามไฟฟ้าที่ใช้ ตัวอย่างเช่น ผลึกไททาเนตของตะกั่วเซอร์โคเนตสร้าง piezoelectricity ที่วัดได้เมื่อโครงสร้างคงที่ของมันผิดรูปจากขนาดเดิม ในทางกลับกัน คริสตัลสามารถเปลี่ยนมิติคงที่ได้เมื่อใช้สนามไฟฟ้าภายนอก ซึ่งเรียกว่าเอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกผกผัน และใช้ในการผลิตคลื่นอัลตราซาวนด์
ในปี 1880 นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Jacques และ Pierre Curie ได้ค้นพบเอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริก และหลังจากนั้นก็ถูกนำไปใช้ประโยชน์มากมาย รวมถึงการผลิตและการตรวจจับเสียง การพิมพ์อิงค์เจ็ตเพียโซอิเล็กทริก การผลิตไฟฟ้าแรงสูง เครื่องกำเนิดสัญญาณนาฬิกา อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เครื่องชั่งไมโคร , ขับเคลื่อนหัวฉีดอัลตราโซนิก และชุดประกอบออปติคัลโฟกัสแบบละเอียดพิเศษ นอกจากนี้ยังเป็นพื้นฐานสำหรับการสแกนด้วยกล้องจุลทรรศน์โพรบซึ่งใช้ในการแก้ไขภาพในระดับอะตอม Piezoelectricity ยังใช้ในปิ๊กอัพสำหรับกีตาร์ที่ขยายเสียงด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์และทริกเกอร์สำหรับกลองอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่
Piezoelectricity ยังพบได้ในการใช้งานในชีวิตประจำวัน เช่น การสร้างประกายไฟเพื่อจุดแก๊สในอุปกรณ์ทำอาหารและทำความร้อน คบเพลิง ไฟแช็ก และ pyroelectric effect ซึ่งเป็นเวลาที่วัสดุสร้างศักย์ไฟฟ้าเพื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ผลกระทบนี้ได้รับการศึกษาโดย Carl Linnaeus และ Franz Aepinus ในช่วงกลางศตวรรษที่ 18 โดยใช้ความรู้จาก René Hauy และ Antoine César Becquerel ซึ่งเป็นผู้วางความสัมพันธ์ระหว่างความเค้นเชิงกลและประจุไฟฟ้า แม้ว่าการทดลองของพวกเขาจะพิสูจน์ไม่ได้แน่ชัด
มุมมองของเพียโซคริสตัลในเครื่องชดเชย Curie ที่พิพิธภัณฑ์ Hunterian ในสกอตแลนด์เป็นการสาธิตผลเพียโซอิเล็กทริกโดยตรงโดยสองพี่น้อง Pierre และ Jacques Curie การรวมความรู้ของพวกเขาเกี่ยวกับไพโรอิเล็กทริกเข้ากับความเข้าใจในโครงสร้างผลึกพื้นฐานทำให้เกิดการทำนายของไพโรอิเล็กทริกและความสามารถในการทำนายพฤติกรรมของคริสตัล สิ่งนี้แสดงให้เห็นได้จากผลของคริสตัล เช่น ทัวร์มาลีน ควอตซ์ โทแพซ น้ำตาลอ้อย และเกลือโรเชลล์ โซเดียมโพแทสเซียมทาร์เทรต เตตระไฮเดรต และควอตซ์จากเกลือ Rochelle แสดงความเป็นเพียโซอิเล็กทริก และแผ่นเพียโซอิเล็กทริกจะสร้างแรงดันไฟฟ้าเมื่อเปลี่ยนรูป แม้ว่าสิ่งนี้จะเกินจริงอย่างมากในการสาธิตของ Curies
การทำนายผลเพียโซอิเล็กทริกแบบย้อนกลับและการหักทางคณิตศาสตร์จากหลักการทางอุณหพลศาสตร์พื้นฐานจัดทำขึ้นโดย Gabriel Lippmann ในปี 1881 Curies ยืนยันการมีอยู่ของผลตรงกันข้ามในทันที และดำเนินการต่อไปเพื่อให้ได้ข้อพิสูจน์เชิงปริมาณเกี่ยวกับความสามารถในการย้อนกลับได้อย่างสมบูรณ์ของอิเล็กโทร-อีลาสโต- การเสียรูปเชิงกลในผลึกเพียโซอิเล็กทริก เป็นเวลาหลายทศวรรษที่เพียโซอิเล็กทริกยังคงเป็นความอยากรู้อยากเห็นในห้องปฏิบัติการจนกระทั่งมันกลายเป็นเครื่องมือสำคัญในการค้นพบพอโลเนียมและเรเดียมโดยปิแอร์และมารี คูรี ซึ่งใช้มันเพื่อสำรวจและกำหนดโครงสร้างผลึกที่แสดงปฏิกิริยาเพียโซอิเล็กทริก สิ่งนี้ถึงจุดสูงสุดในการตีพิมพ์ Lehrbuch der Kristallphysik (ตำราฟิสิกส์ของคริสตัล) ของ Woldemar Voigt ซึ่งอธิบายคลาสผลึกธรรมชาติที่มีความสามารถในการสร้างเพียโซอิเล็กทริกและกำหนดค่าคงที่ของเพียโซอิเล็กทริกอย่างเข้มงวดโดยใช้การวิเคราะห์เทนเซอร์
การประยุกต์ใช้ตัวแปลงสัญญาณเพียโซอิเล็กทริกในทางปฏิบัตินี้นำไปสู่การพัฒนาโซนาร์ในช่วงสงครามโลกครั้งที่ XNUMX ในฝรั่งเศส Paul Langevin และเพื่อนร่วมงานของเขาได้พัฒนาเครื่องตรวจจับเรือดำน้ำแบบอัลตราโซนิก ตัวตรวจจับประกอบด้วยทรานสดิวเซอร์ที่ทำจากผลึกควอตซ์บาง ๆ ติดกาวอย่างระมัดระวังกับแผ่นเหล็ก และไฮโดรโฟนเพื่อตรวจจับเสียงสะท้อนที่ส่งกลับหลังจากปล่อยพัลส์ความถี่สูงจากทรานสดิวเซอร์ ด้วยการวัดเวลาที่ใช้ในการได้ยินเสียงสะท้อนของคลื่นเสียงที่สะท้อนกับวัตถุ พวกเขาสามารถคำนวณระยะทางของวัตถุได้ พวกเขาใช้เพียโซอิเล็กทริกเพื่อทำให้โซนาร์นี้ประสบความสำเร็จ และโครงการนี้ได้สร้างการพัฒนาที่เข้มข้นและความสนใจในอุปกรณ์เพียโซอิเล็กทริก
Rene Hauy และ Antoine Cesar Becquerel
Piezoelectricity เป็นปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าที่เกิดขึ้นเมื่อวัสดุของแข็งบางชนิด เช่น คริสตัล เซรามิก และสสารทางชีวภาพ เช่น กระดูกและ DNA สะสมประจุไฟฟ้าเพื่อตอบสนองต่อความเค้นเชิงกล Piezoelectricity มาจากคำภาษากรีก 'piezein' ซึ่งแปลว่า 'บีบหรือกด' และ 'electron' ซึ่งแปลว่า 'อำพัน' ซึ่งเป็นแหล่งประจุไฟฟ้าในสมัยโบราณ
ผลเพียโซอิเล็กทริกเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์เชิงเส้นของกลไกไฟฟ้าระหว่างสถานะทางกลและทางไฟฟ้าในวัสดุผลึกที่มีความสมมาตรแบบผกผัน เอฟเฟกต์นี้สามารถย้อนกลับได้ หมายความว่าวัสดุที่แสดงผลเพียโซอิเล็กทริกยังแสดงผลเพียโซอิเล็กทริกย้อนกลับ หรือการสร้างความเครียดเชิงกลภายในที่เป็นผลมาจากสนามไฟฟ้าที่ใช้ ตัวอย่างเช่น ผลึกไททาเนตของตะกั่วเซอร์โคเนตสร้าง piezoelectricity ที่วัดได้เมื่อโครงสร้างคงที่ของมันผิดรูปจากขนาดเดิม ในทางกลับกัน คริสตัลสามารถเปลี่ยนมิติคงที่ของมันได้เมื่อใช้สนามไฟฟ้าภายนอก ส่งผลให้เกิดผลเพียโซอิเล็กทริกผกผันและการผลิตคลื่นอัลตราซาวนด์
นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Pierre และ Jacques Curie ค้นพบเอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกในปี 1880 เอฟเฟกต์นี้ถูกนำไปใช้งานที่มีประโยชน์มากมาย รวมถึงการผลิตและการตรวจจับเสียง การพิมพ์อิงค์เจ็ตเพียโซอิเล็กทริก การผลิตไฟฟ้าแรงสูง เครื่องกำเนิดสัญญาณนาฬิกา และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เช่น เครื่องชั่งไมโคร ขับเคลื่อนหัวฉีดอัลตราโซนิก และชุดประกอบออปติคัลโฟกัสละเอียดพิเศษ นอกจากนี้ยังเป็นพื้นฐานของกล้องจุลทรรศน์โพรบสแกนซึ่งสามารถแก้ไขภาพในระดับอะตอมได้ Piezoelectricity ยังใช้ในปิ๊กอัพสำหรับกีตาร์ที่ขยายเสียงด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ และทริกเกอร์สำหรับกลองอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่
ผลกระทบเพียโซอิเล็กทริกได้รับการศึกษาครั้งแรกโดย Carl Linnaeus และ Franz Aepinus ในช่วงกลางศตวรรษที่ 18 โดยได้รับความรู้จาก Rene Hauy และ Antoine Cesar Becquerel ผู้ซึ่งกล่าวถึงความสัมพันธ์ระหว่างความเค้นเชิงกลและประจุไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม การทดลองพิสูจน์แล้วว่าไม่สามารถสรุปผลได้ เมื่อรวมกับความรู้เรื่องไพโรอิเล็กทริกและความเข้าใจเกี่ยวกับโครงสร้างผลึกพื้นฐาน สิ่งนี้ทำให้เกิดการทำนายของไพโรอิเล็กทริก และความสามารถในการทำนายพฤติกรรมของผลึก สิ่งนี้แสดงให้เห็นในผลของคริสตัล เช่น ทัวร์มาลีน ควอตซ์ โทแพซ น้ำตาลอ้อย และเกลือโรเชลล์ โซเดียมโพแทสเซียมทาร์เทรต เตตระไฮเดรต และควอตซ์ยังแสดงความเป็นเพียโซอิเล็กทริก และมีการใช้ดิสก์เพียโซอิเล็กทริกเพื่อสร้างแรงดันไฟฟ้าเมื่อเปลี่ยนรูป ผลกระทบนี้เกินจริงอย่างมากในการสาธิตของ Curies ที่พิพิธภัณฑ์แห่งสกอตแลนด์ ซึ่งแสดงให้เห็นผลเพียโซอิเล็กทริกโดยตรง
สองพี่น้อง Pierre และ Jacques Curie ได้รับข้อพิสูจน์เชิงปริมาณเกี่ยวกับความสามารถในการย้อนกลับได้อย่างสมบูรณ์ของการเสียรูปเชิงกลด้วยอิเล็กโทร-อีลาสโตในผลึกเพียโซอิเล็กทริก เป็นเวลาหลายทศวรรษที่ piezoelectricity ยังคงเป็นความอยากรู้อยากเห็นในห้องปฏิบัติการ จนกระทั่งกลายเป็นเครื่องมือสำคัญในการค้นพบพอโลเนียมและเรเดียมโดย Pierre และ Marie Curie งานนี้ได้สำรวจและกำหนดโครงสร้างผลึกที่แสดง piezoelectricity ซึ่งเป็นจุดสูงสุดในการตีพิมพ์หนังสือ Lehrbuch der Kristallphysik ของ Woldemar Voigt (Textbook of Crystal Physics)
Curies ยืนยันการมีอยู่ของผลตรงกันข้ามในทันที และได้ทำการอนุมานหลักการทางเทอร์โมไดนามิกพื้นฐานของผลตรงกันข้ามทางคณิตศาสตร์ สิ่งนี้ทำโดย Gabriel Lippmann ในปี 1881 จากนั้น Piezoelectricity ถูกนำมาใช้เพื่อพัฒนาโซนาร์ในช่วงสงครามโลกครั้งที่ XNUMX ในฝรั่งเศส Paul Langevin และเพื่อนร่วมงานของเขาได้พัฒนาเครื่องตรวจจับเรือดำน้ำแบบอัลตราโซนิก อุปกรณ์ตรวจจับนี้ประกอบด้วยทรานสดิวเซอร์ที่ทำจากผลึกควอตซ์บางๆ ติดกาวอย่างระมัดระวังกับแผ่นเหล็ก และไฮโดรโฟนเพื่อตรวจจับเสียงสะท้อนที่ส่งกลับมา ด้วยการปล่อยพัลส์ความถี่สูงจากทรานสดิวเซอร์และวัดเวลาที่ใช้ในการได้ยินเสียงสะท้อนของคลื่นเสียงที่กระดอนออกจากวัตถุ พวกเขาสามารถคำนวณระยะทางไปยังวัตถุได้
การใช้คริสตัลเพียโซอิเล็กทริกได้รับการพัฒนาเพิ่มเติมโดย Bell Telephone Laboratories หลังสงครามโลกครั้งที่สอง Frederick R. Lack ซึ่งทำงานในแผนกวิศวกรรมวิทยุโทรศัพท์ได้พัฒนาคริสตัลเจียระไนที่สามารถทำงานได้ในช่วงอุณหภูมิที่หลากหลาย คริสตัลของแลคไม่ต้องการอุปกรณ์เสริมที่มีน้ำหนักมากเหมือนคริสตัลรุ่นก่อน ทำให้ใช้งานในเครื่องบินได้สะดวก การพัฒนานี้ทำให้กองกำลังทางอากาศของฝ่ายสัมพันธมิตรสามารถเข้าร่วมการโจมตีหมู่ได้โดยใช้วิทยุการบิน การพัฒนาอุปกรณ์และวัสดุเพียโซอิเล็กทริกในสหรัฐอเมริกาทำให้บริษัทต่าง ๆ มีการพัฒนาในช่วงเริ่มต้นของสงครามในภาคสนาม และสนใจที่จะได้รับสิทธิบัตรที่ทำกำไรได้สำหรับวัสดุใหม่ที่พัฒนาขึ้น คริสตัลควอตซ์ถูกนำมาใช้ในเชิงพาณิชย์ในฐานะวัสดุเพียโซอิเล็กทริก และนักวิทยาศาสตร์ค้นหาวัสดุที่มีประสิทธิภาพสูงกว่า แม้จะมีความก้าวหน้าในด้านวัสดุและการสุกแก่ของกระบวนการผลิต แต่สหรัฐอเมริกา
กาเบรียล ลิปมันน์
Piezoelectricity เป็นปรากฏการณ์ทางระบบเครื่องกลไฟฟ้าที่ประจุไฟฟ้าสะสมอยู่ในวัสดุแข็งบางชนิด เช่น คริสตัล เซรามิก และสสารทางชีวภาพ เช่น กระดูกและดีเอ็นเอ เป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์ระหว่างสถานะทางกลและทางไฟฟ้าในวัสดุที่มีความสมมาตรแบบผกผัน Piezoelectricity ถูกค้นพบครั้งแรกโดยนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Pierre และ Jacques Curie ในปี 1880
มีการใช้เพียโซอิเล็กทริกเพื่อการใช้งานที่มีประโยชน์มากมาย รวมถึงการผลิตและการตรวจจับเสียง การพิมพ์อิงค์เจ็ตเพียโซอิเล็กทริก และการผลิตไฟฟ้าแรงสูง Piezoelectricity มาจากคำภาษากรีก πιέζειν (piezein) แปลว่า “บีบหรือกด” และ ἤλεκτρον (ēlektron) แปลว่า “อำพัน” ซึ่งเป็นแหล่งประจุไฟฟ้าในสมัยโบราณ
เอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกสามารถย้อนกลับได้ หมายความว่าวัสดุที่แสดงปฏิกิริยาเพียโซอิเล็กทริกก็แสดงผลเพียโซอิเล็กทริกแบบย้อนกลับด้วย ซึ่งการสร้างความเครียดเชิงกลภายในเป็นผลมาจากการใช้สนามไฟฟ้า ตัวอย่างเช่น ผลึกไททาเนตของตะกั่วเซอร์โคเนตสร้าง piezoelectricity ที่วัดได้เมื่อโครงสร้างคงที่ของมันผิดรูปจากขนาดเดิม ในทางกลับกัน คริสตัลสามารถเปลี่ยนมิติคงที่ของมันได้เมื่อใช้สนามไฟฟ้าภายนอก ซึ่งเป็นกระบวนการที่เรียกว่าเอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกผกผัน กระบวนการนี้สามารถใช้เพื่อสร้างคลื่นอัลตราซาวนด์
มีการศึกษาผลกระทบเพียโซอิเล็กทริกตั้งแต่กลางศตวรรษที่ 18 เมื่อ Carl Linnaeus และ Franz Aepinus ซึ่งใช้ความรู้ของ René Hauy และ Antoine César Becquerel ได้กล่าวถึงความสัมพันธ์ระหว่างความเค้นเชิงกลและประจุไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม การทดลองพิสูจน์แล้วว่าไม่สามารถสรุปผลได้ มันไม่ได้จนกว่าความรู้ที่รวมกันของไพโรอิเล็กทริกและความเข้าใจเกี่ยวกับโครงสร้างผลึกพื้นฐานทำให้เกิดการทำนายของไพโรอิเล็กทริกที่นักวิจัยสามารถทำนายพฤติกรรมของคริสตัลได้ สิ่งนี้แสดงให้เห็นได้จากผลของคริสตัล เช่น ทัวร์มาลีน ควอตซ์ โทแพซ น้ำตาลอ้อย และเกลือโรเชลล์
Gabriel Lippmann ในปี 1881 ได้อนุมานหลักการทางอุณหพลศาสตร์พื้นฐานของผลไพโซอิเล็กทริกแบบย้อนกลับทางคณิตศาสตร์ เครื่อง Curies ยืนยันการมีอยู่ของเอฟเฟกต์ตรงกันข้ามในทันที และดำเนินการต่อเพื่อรับการพิสูจน์เชิงปริมาณเกี่ยวกับความสามารถในการเปลี่ยนรูปเชิงกลอิเล็กโทร-อิลาสโต-เชิงกลในผลึกเพียโซอิเล็กทริกได้อย่างสมบูรณ์
เป็นเวลาหลายทศวรรษที่ piezoelectricity ยังคงเป็นความอยากรู้อยากเห็นในห้องปฏิบัติการจนกระทั่งกลายเป็นเครื่องมือสำคัญในการค้นพบพอโลเนียมและเรเดียมโดย Pierre และ Marie Curie งานของพวกเขาในการสำรวจและกำหนดโครงสร้างผลึกที่แสดง piezoelectricity ถึงจุดสุดยอดในการตีพิมพ์หนังสือ Lehrbuch der Kristallphysik (Textbook of Crystal Physics) ของ Woldemar Voigt สิ่งนี้อธิบายคลาสคริสตัลธรรมชาติที่มีความสามารถในการสร้างเพียโซอิเล็กทริกและกำหนดค่าคงที่ของเพียโซอิเล็กทริกอย่างเข้มงวดด้วยการวิเคราะห์เทนเซอร์
การประยุกต์ใช้อุปกรณ์เพียโซอิเล็กทริกในทางปฏิบัตินั้นเริ่มต้นจากการพัฒนาโซนาร์ในช่วงสงครามโลกครั้งที่ XNUMX Paul Langevin และเพื่อนร่วมงานของเขาได้พัฒนาเครื่องตรวจจับเรือดำน้ำแบบอัลตราโซนิก อุปกรณ์ตรวจจับนี้ประกอบด้วยทรานสดิวเซอร์ที่ทำจากผลึกควอตซ์บางๆ ติดกาวอย่างระมัดระวังกับแผ่นเหล็ก และไฮโดรโฟนเพื่อตรวจจับเสียงสะท้อนที่ส่งกลับมา ด้วยการปล่อยพัลส์ความถี่สูงจากทรานสดิวเซอร์และวัดเวลาที่ใช้ในการได้ยินเสียงสะท้อนของคลื่นเสียงที่กระดอนออกจากวัตถุ พวกเขาสามารถคำนวณระยะทางไปยังวัตถุได้ การใช้เพียโซอิเล็กทริกสำหรับโซนาร์นี้ประสบความสำเร็จ และโครงการนี้ได้สร้างความสนใจอย่างมากในการพัฒนาอุปกรณ์เพียโซอิเล็กทริก ตลอดหลายทศวรรษที่ผ่านมา มีการสำรวจและพัฒนาวัสดุเพียโซอิเล็กทริกใหม่และการใช้งานใหม่สำหรับวัสดุเหล่านี้ อุปกรณ์เพียโซอิเล็กทริกพบบ้านในหลากหลายสาขา ตั้งแต่ตลับแผ่นเสียงเซรามิกที่ทำให้การออกแบบเครื่องเล่นง่ายขึ้น และทำให้เครื่องเล่นแผ่นเสียงราคาถูก แม่นยำ ดูแลรักษาถูกกว่า และสร้างง่ายกว่า ไปจนถึงการพัฒนาทรานสดิวเซอร์อัลตราโซนิกที่ช่วยให้วัดความหนืดและความยืดหยุ่นของของเหลวได้ง่าย และของแข็งทำให้เกิดความก้าวหน้าอย่างมากในการวิจัยวัสดุ เครื่องวัดการสะท้อนของโดเมนเวลาแบบอัลตราโซนิกจะส่งพัลส์แบบอัลตราโซนิกไปยังวัสดุและวัดการสะท้อนแสงและความไม่ต่อเนื่องเพื่อค้นหาข้อบกพร่องภายในโลหะหล่อและวัตถุที่เป็นหิน ซึ่งช่วยเพิ่มความปลอดภัยของโครงสร้าง
หลังสงครามโลกครั้งที่ XNUMX กลุ่มวิจัยอิสระในสหรัฐอเมริกา รัสเซีย และญี่ปุ่นได้ค้นพบวัสดุสังเคราะห์ประเภทใหม่ที่เรียกว่า เฟอร์โรอิเล็กทริก ซึ่งแสดงค่าคงที่ของเพียโซอิเล็กทริกสูงกว่าวัสดุธรรมชาติถึงสิบเท่า สิ่งนี้นำไปสู่การวิจัยอย่างเข้มข้นเพื่อพัฒนาแบเรียมไททาเนต และต่อมาก็นำไปสู่เซอร์โคเนตไททาเนตซึ่งเป็นวัสดุที่มีคุณสมบัติเฉพาะสำหรับการใช้งานเฉพาะด้าน มีการพัฒนาตัวอย่างที่สำคัญของการใช้คริสตัลเพียโซอิเล็กทริก
โวลเดอมาร์ วอยท์
Piezoelectricity เป็นปรากฏการณ์ทางระบบเครื่องกลไฟฟ้าที่ประจุไฟฟ้าสะสมอยู่ในวัสดุแข็งบางชนิด เช่น คริสตัล เซรามิก และสสารทางชีวภาพ เช่น กระดูกและดีเอ็นเอ ประจุนี้ถูกสร้างขึ้นเพื่อตอบสนองต่อความเครียดเชิงกลที่ใช้ คำว่า piezoelectricity มาจากคำภาษากรีก "piezein" ซึ่งแปลว่า "บีบหรือกด" และ "electron" ซึ่งแปลว่า "อำพัน" ซึ่งเป็นแหล่งประจุไฟฟ้าในสมัยโบราณ
ผลเพียโซอิเล็กทริกเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์เชิงเส้นของกลไกไฟฟ้าระหว่างสถานะทางกลและทางไฟฟ้าของวัสดุผลึกที่มีความสมมาตรแบบผกผัน ผลกระทบนี้ย้อนกลับได้ หมายความว่าวัสดุที่แสดงปฏิกิริยาเพียโซอิเล็กทริกก็แสดงผลเพียโซอิเล็กทริกย้อนกลับด้วย โดยที่การสร้างความเครียดเชิงกลภายในเป็นผลมาจากสนามไฟฟ้าที่ใช้ ตัวอย่างเช่น ผลึกไททาเนตของตะกั่วเซอร์โคเนตสร้าง piezoelectricity ที่วัดได้เมื่อโครงสร้างคงที่ของมันผิดรูปจากขนาดเดิม ในทางกลับกัน คริสตัลสามารถเปลี่ยนมิติคงที่ของมันได้เมื่อใช้สนามไฟฟ้าภายนอก ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เรียกว่าเอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกผกผัน ซึ่งใช้ในการผลิตคลื่นอัลตราซาวนด์
นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Pierre และ Jacques Curie ค้นพบ piezoelectricity ในปี 1880 เอฟเฟกต์ piezoelectric ได้ถูกนำไปใช้ประโยชน์หลากหลาย เช่น การผลิตและการตรวจจับเสียง การพิมพ์อิงค์เจ็ท piezoelectric การผลิตไฟฟ้าแรงสูง เครื่องกำเนิดสัญญาณนาฬิกา และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เช่นเครื่องชั่งไมโครและขับหัวฉีดอัลตราโซนิกสำหรับการโฟกัสที่ละเอียดเป็นพิเศษของชุดประกอบออปติคอล นอกจากนี้ยังเป็นพื้นฐานของกล้องจุลทรรศน์โพรบสแกนซึ่งสามารถแก้ไขภาพในระดับอะตอมได้ นอกจากนี้ ปิ๊กอัพในกีตาร์ที่ขยายเสียงด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์และทริกเกอร์ในกลองอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ก็ใช้เอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริก
Piezoelectricity ยังพบการใช้งานในชีวิตประจำวันในการสร้างประกายไฟเพื่อจุดแก๊สในอุปกรณ์ทำอาหารและทำความร้อน ในคบไฟ ไฟแช็ก และอื่นๆ ผลไพโรอิเล็กทริกที่วัสดุสร้างศักย์ไฟฟ้าเพื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ ได้รับการศึกษาโดย Carl Linnaeus และ Franz Aepinus ในช่วงกลางศตวรรษที่ 18 โดยใช้ความรู้จาก Rene Hauy และ Antoine Cesar Becquerel ผู้วางตำแหน่งความสัมพันธ์ระหว่างกลไก ความเครียดและประจุไฟฟ้า การทดลองเพื่อพิสูจน์ความสัมพันธ์นี้พิสูจน์ไม่ได้
มุมมองของเพียโซคริสตัลในเครื่องชดเชย Curie ที่พิพิธภัณฑ์ Hunterian ในสกอตแลนด์เป็นการสาธิตผลเพียโซอิเล็กทริกโดยตรงโดยสองพี่น้อง Pierre และ Jacques Curie การผสมผสานความรู้ของพวกเขาเกี่ยวกับไพโรอิเล็กทริกเข้ากับความเข้าใจในโครงสร้างผลึกพื้นฐานทำให้เกิดการทำนายของไพโรอิเล็กทริก ซึ่งช่วยให้พวกเขาสามารถทำนายพฤติกรรมของคริสตัลที่พวกเขาแสดงให้เห็นในผลกระทบของคริสตัล เช่น ทัวร์มาลีน ควอตซ์ บุษราคัม น้ำตาลอ้อย และเกลือโรเชลล์ . โซเดียมและโพแทสเซียมทาร์เทรต เตตระไฮเดรตและควอตซ์ยังแสดงความเป็นเพียโซอิเล็กทริก และมีการใช้ดิสก์เพียโซอิเล็กทริกเพื่อสร้างแรงดันไฟฟ้าเมื่อเปลี่ยนรูป การเปลี่ยนแปลงรูปร่างนี้เกินจริงอย่างมากในการสาธิตของ Curies และพวกเขาก็ทำนายผลเพียโซอิเล็กทริกที่ตรงกันข้าม ผลย้อนกลับนั้นอนุมานได้ทางคณิตศาสตร์จากหลักการทางอุณหพลศาสตร์พื้นฐานโดย Gabriel Lippmann ในปี 1881
เครื่อง Curies ยืนยันการมีอยู่ของเอฟเฟกต์ตรงกันข้ามในทันที และดำเนินการต่อเพื่อรับการพิสูจน์เชิงปริมาณเกี่ยวกับความสามารถในการเปลี่ยนรูปเชิงกลอิเล็กโทร-อิลาสโต-เชิงกลในผลึกเพียโซอิเล็กทริกได้อย่างสมบูรณ์ ในทศวรรษต่อมา เพียโซอิเล็กทริกยังคงเป็นความอยากรู้อยากเห็นในห้องปฏิบัติการ จนกระทั่งกลายเป็นเครื่องมือสำคัญในการค้นพบพอโลเนียมและเรเดียมโดยปิแอร์ มารี คูรี ผู้ซึ่งใช้เพียโซอิเล็กทริกเพื่อสำรวจและกำหนดโครงสร้างผลึกที่แสดงปฏิกิริยาเพียโซอิเล็กทริก สิ่งนี้ถึงจุดสูงสุดในการตีพิมพ์ Lehrbuch der Kristallphysik (ตำราฟิสิกส์ของคริสตัล) ของ Woldemar Voigt ซึ่งอธิบายคลาสผลึกธรรมชาติที่มีความสามารถในการสร้างเพียโซอิเล็กทริกและกำหนดค่าคงที่ของเพียโซอิเล็กทริกอย่างเข้มงวดโดยใช้การวิเคราะห์เทนเซอร์
สิ่งนี้นำไปสู่การประยุกต์ใช้อุปกรณ์เพียโซอิเล็กทริก เช่น โซนาร์ ซึ่งพัฒนาขึ้นในช่วงสงครามโลกครั้งที่ XNUMX ในฝรั่งเศส Paul Langevin และเพื่อนร่วมงานได้พัฒนาเครื่องตรวจจับเรือดำน้ำอัลตราโซนิก ตัวตรวจจับนี้ประกอบด้วยทรานสดิวเซอร์ที่ทำจากผลึกควอตซ์บางๆ ติดกาวอย่างระมัดระวังกับแผ่นเหล็ก และไฮโดรโฟนเพื่อตรวจจับเสียงสะท้อนที่ส่งกลับหลังจากปล่อยพัลส์ความถี่สูงออกจากทรานสดิวเซอร์ ด้วยการวัดเวลาที่ใช้ในการได้ยินเสียงสะท้อนของคลื่นเสียงที่สะท้อนกับวัตถุ พวกเขาสามารถคำนวณระยะทางไปยังวัตถุได้ พวกเขาใช้เพียโซอิเล็กทริกเพื่อทำให้โซนาร์นี้ประสบความสำเร็จ และโครงการนี้ได้สร้างการพัฒนาและความสนใจอย่างมาก
ความสัมพันธ์ที่สำคัญ
- Piezoelectric Actuators: Piezoelectric Actuators เป็นอุปกรณ์ที่แปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นการเคลื่อนที่เชิงกล โดยทั่วไปจะใช้ในหุ่นยนต์ อุปกรณ์ทางการแพทย์ และการใช้งานอื่นๆ ที่ต้องการการควบคุมการเคลื่อนไหวที่แม่นยำ
- เซ็นเซอร์เพียโซอิเล็กทริก: เซ็นเซอร์เพียโซอิเล็กทริกใช้ในการวัดพารามิเตอร์ทางกายภาพ เช่น ความดัน ความเร่ง และการสั่นสะเทือน มักใช้ในอุตสาหกรรมและการแพทย์เช่นเดียวกับในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค
- Piezoelectricity ในธรรมชาติ: Piezoelectricity เป็นปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติในวัสดุบางชนิด และพบได้ในสิ่งมีชีวิตหลายชนิด สิ่งมีชีวิตบางชนิดใช้เพื่อสัมผัสสภาพแวดล้อมและสื่อสารกับสิ่งมีชีวิตอื่นๆ
สรุป
Piezoelectricity เป็นปรากฏการณ์ที่น่าทึ่งซึ่งถูกนำมาใช้ในหลากหลายแอพพลิเคชั่น ตั้งแต่โซนาร์ไปจนถึงตลับเครื่องเล่นแผ่นเสียง ได้รับการศึกษาตั้งแต่ช่วงกลางทศวรรษที่ 1800 และถูกนำมาใช้อย่างมีประสิทธิภาพในการพัฒนาเทคโนโลยีสมัยใหม่ โพสต์ในบล็อกนี้ได้สำรวจประวัติและการใช้งานของเพียโซอิเล็กทริก และได้เน้นย้ำถึงความสำคัญของปรากฏการณ์นี้ในการพัฒนาเทคโนโลยีสมัยใหม่ สำหรับผู้ที่สนใจเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับเพียโซอิเล็กทริก โพสต์นี้เป็นจุดเริ่มต้นที่ดี
ฉันชื่อ Joost Nusselder ผู้ก่อตั้ง Neaera และนักการตลาดเนื้อหา พ่อ และรักที่จะลองอุปกรณ์ใหม่ด้วยกีตาร์ที่เป็นหัวใจของความหลงใหล และด้วยทีมของฉัน ฉันได้สร้างสรรค์บทความบล็อกเชิงลึกมาตั้งแต่ปี 2020 เพื่อช่วยผู้อ่านที่ภักดีด้วยเคล็ดลับการบันทึกเสียงและกีตาร์
