壓電是某些材料在受到機械應力時產生電能的能力，反之亦然。 這個詞來自希臘語 piezo，意思是壓力和電力。 它於 1880 年首次被發現，但這個概念早已為人所知。
壓電現象最著名的例子是石英，但許多其他材料也表現出這種現象。 壓電最常見的用途是產生超聲波。
在這篇文章中，我將討論壓電是什麼、它是如何工作的，以及這一驚人現象的許多實際應用中的一些。
什麼是壓電性？
壓電是某些材料響應施加的機械應力而產生電荷的能力。 它是具有反演對稱性的晶體材料中機械狀態和電狀態之間的線性機電相互作用。 壓電材料可用於產生高壓電、時鐘發生器、電子設備、微量天平、驅動超聲噴嘴和超精細聚焦光學組件。
壓電材料包括晶體、某些陶瓷、骨骼和 DNA 等生物物質以及蛋白質。 當對壓電材料施加力時，它會產生電荷。 然後，該電荷可用於為設備供電或產生電壓。
壓電材料用於各種應用，包括：
• 聲音的產生和檢測
• 壓電噴墨打印
• 產生高壓電
• 時鐘發生器
• 電子設備
• 微量天平
• 驅動超聲波噴嘴
• 超精細聚焦光學組件
• 拾音器 用於電子擴音吉他
• 現代電子鼓觸發器
• 產生火花以點燃氣體
• 烹飪和加熱設備
• 手電筒和打火機。
壓電的歷史是怎樣的？
1880 年，法國物理學家雅克和皮埃爾居里發現了壓電現象。 它是響應施加的機械應力而在某些固體材料（如晶體、陶瓷和生物物質）中積累的電荷。 “壓電”一詞源自希臘語“piezein”，意思是“擠壓”或“按壓”，以及“elektron”，意思是“琥珀”，一種古老的電荷來源。
壓電效應是由具有反演對稱性的晶體材料的機械狀態和電狀態之間的線性機電相互作用產生的。 這是一個可逆過程，這意味著表現出壓電性的材料也會表現出逆壓電效應，這是由於施加電場而在內部產生的機械應變。
居里夫婦對熱釋電的知識和對底層晶體結構的理解相結合，產生了對熱釋電的預測和預測晶體行為的能力。 電氣石、石英、黃玉、蔗糖和羅謝爾鹽等晶體的效果證明了這一點。
居里夫婦立即證實了逆向效應的存在，並繼續獲得壓電晶體中電-彈性-機械變形完全可逆性的定量證明。 幾十年來，壓電性一直是實驗室的好奇心，直到它成為皮埃爾和瑪麗居里發現釙和鐳的重要工具。
壓電已被用於許多有用的應用，包括聲音的產生和檢測、壓電噴墨印刷、高壓電的產生、時鐘發生器和電子設備、微量天平、驅動超聲波噴嘴、光學組件的超精細聚焦，以及形成掃描探針顯微鏡在原子尺度上解析圖像的基礎。
壓電也有日常用途，例如產生火花以點燃烹飪和加熱設備、手電筒、打火機中的氣體，以及熱釋電效應，其中材料響應溫度變化而產生電勢。
第一次世界大戰期間聲納的發展見證了貝爾電話實驗室開發的壓電晶體的使用。 這使得盟軍空軍能夠使用航空無線電進行協調的大規模攻擊。 美國壓電器件和材料的發展使公司在利益領域的戰時發展中保持有利可圖的新材料專利。
日本看到了美國壓電產業的新應用和成長，迅速發展了自己的產業。 他們迅速共享信息並開發了鈦酸鋇和後來的鋯鈦酸鉛材料，這些材料具有適合特定應用的特定性能。
自 1880 年被發現以來，壓電技術已經取得了長足的進步，現在被用於各種日常應用中。 它還被用於材料研究方面的進步，例如超聲波時域反射計，它通過材料發送超聲波脈衝以測量反射和不連續性，以發現鑄造金屬和石材內部的缺陷，從而提高結構安全性。
壓電是如何工作的
在本節中，我將探討壓電的工作原理。 我將研究固體中的電荷積累、線性機電相互作用以及構成這種現象的可逆過程。 我還將討論壓電的歷史及其應用。
固體中的電荷積累
壓電是在某些固體材料中積累的電荷，例如晶體、陶瓷以及骨骼和 DNA 等生物物質。 它是對施加的機械應力的反應，它的名字來自希臘語單詞“piezein”（擠壓或按壓）和“ēlektron”（琥珀色）。
壓電效應源於具有反演對稱性的晶體材料中機械狀態和電狀態之間的線性機電相互作用。 這是一個可逆過程，這意味著表現出壓電性的材料也會表現出逆壓電效應，即施加的電場會在內部產生機械應變。 產生可測量壓電性的材料示例包括鋯鈦酸鉛晶體。
法國物理學家皮埃爾和雅克居里於 1880 年發現了壓電性。此後壓電性被用於各種有用的應用，包括聲音的產生和檢測、壓電噴墨打印、高壓電的產生、時鐘發生器和微量天平等電子設備並驅動超聲波噴嘴用於光學組件的超精細聚焦。 它還構成了掃描探針顯微鏡的基礎，可以在原子尺度上解析圖像。 壓電還用於電子放大吉他的拾音器和現代電子鼓的觸發器。
壓電技術的日常用途包括產生火花以點燃氣體、烹飪和加熱設備、手電筒、點煙器以及熱釋電效應，其中材料響應溫度變化而產生電勢。 Carl Linnaeus 和 Franz Aepinus 在 18 世紀中葉研究了這一點，借鑒了 René Haüy 和 Antoine César Becquerel 的知識，他們假設了機械應力和電荷之間的關係。 實驗證明沒有定論。
位於蘇格蘭亨特博物館的居里補償器中的壓電晶體展示了直接壓電效應。 皮埃爾居里和雅克居里兄弟將他們對熱電的知識與對潛在晶體結構的理解相結合，從而提出了對熱電的預測。 他們能夠預測晶體行為，並證明了對電氣石、石英、黃玉、蔗糖和羅謝爾鹽等晶體的影響。 酒石酸鈉鉀四水合物和石英也表現出壓電性。 壓電圓盤在變形時會產生電壓，居里夫婦的演示中極大地誇大了形狀的變化。
他們能夠預測逆壓電效應，逆壓電效應由加布里埃爾·李普曼於 1881 年從數學上推導出來。壓電晶體的機械變形。
幾十年來，壓電性一直是實驗室的好奇心，但它是皮埃爾和瑪麗居里發現釙和鐳的重要工具。 他們探索和定義表現出壓電性的晶體結構的工作在 Woldemar Voigt 的 Lehrbuch der Kristallphysik（晶體物理學教科書）的出版中達到頂峰，該書描述了具有壓電性的天然晶體類，並通過張量分析嚴格定義了壓電常數。 這就是壓電器件的實際應用，聲納是在第一次世界大戰期間開發出來的。在法國，Paul Langevin 和他的同事開發了超聲波潛艇探測器。
檢測器由一個 傳感器 由薄石英晶體製成，小心地粘在鋼板上，還有一個水聽器來檢測返回的迴聲。 通過發射高 頻率 通過從換能器發出脈衝並測量聽到聲波從物體反射回來的迴聲所需的時間，他們能夠計算出到物體的距離。 他們使用壓電技術使聲納取得成功，該項目引起了人們對壓電設備的強烈發展和興趣。 幾十年來，新的壓電材料和材料的新應用得到探索和開發，壓電器件在各個領域都有應用。 陶瓷留聲機墨盒簡化了播放器的設計，並製造出廉價而準確的唱片播放器，維護成本更低，製造更容易。
超聲波換能器的發展使得流體和固體的粘度和彈性測量變得容易，從而使材料研究取得了巨大進步。
線性機電相互作用
壓電是某些材料在受到機械應力時產生電荷的能力。 這個詞源自希臘語 πιέζειν (piezein)，意思是“擠壓或按壓”，ἤλεκτρον (ēlektron) 意思是“琥珀”，這是一種古老的電荷來源。
1880 年，法國物理學家雅克和皮埃爾居里發現了壓電現象。 它基於具有反演對稱性的晶體材料的機械和電狀態之間的線性機電相互作用。 這種效應是可逆的，這意味著表現出壓電性的材料也表現出逆壓電效應，由此在內部產生機械應變是由施加的電場引起的。 當從其靜態結構變形時產生可測量壓電性的材料示例包括鋯鈦酸鉛晶體。 相反，當施加外部電場時，晶體可以改變其靜態尺寸，這被稱為逆壓電效應，用於產生超聲波。
壓電已被用於各種有用的應用，例如：
• 聲音的產生和檢測
• 壓電噴墨打印
• 產生高壓電
• 時鐘發生器
• 電子設備
• 微量天平
• 驅動超聲波噴嘴
• 超精細聚焦光學組件
• 構成掃描探針顯微鏡的基礎，以解析原子尺度的圖像
• 電子擴音吉他的拾音器
• 現代電子鼓中的觸發器
• 產生火花以點燃烹飪和加熱設備中的氣體
• 手電筒和打火機
壓電在熱電效應中也有日常用途，熱電效應是一種響應溫度變化而產生電勢的材料。 Carl Linnaeus 和 Franz Aepinus 在 18 世紀中葉研究了這一點，借鑒了 René Haüy 和 Antoine César Becquerel 的知識，他們假設了機械應力和電荷之間的關係。 然而，實驗證明沒有定論。
在蘇格蘭亨特博物館看到的居里補償器中的壓電晶體展示了直接壓電效應。 正是皮埃爾和雅克居里兄弟的工作探索並定義了表現出壓電性的晶體結構，最終出版了 Woldemar Voigt 的 Lehrbuch der Kristallphysik（晶體物理學教科書）。 這描述了具有壓電性的天然晶體類別，並通過張量分析嚴格定義了壓電常數，從而導致了壓電器件的實際應用。
聲納是在第一次世界大戰期間開發的，當時法國的保羅朗之萬和他的同事開發了一種超聲波潛艇探測器。 該探測器由一個由薄石英晶體製成的換能器和一個水聽器組成，換能器由小心地粘在鋼板上的薄石英晶體製成，用於檢測從換能器發出高頻脈衝後返回的回波。 通過測量聽到聲波從物體彈回的迴聲所需的時間，他們能夠利用壓電效應計算出物體的距離。 幾十年來，隨著新的壓電材料和這些材料的新應用的探索和開發，這個項目的成功引起了人們對壓電設備的強烈發展和興趣。 壓電設備在許多領域都有用武之地，例如陶瓷留聲機盒，它簡化了播放器的設計，使唱機更便宜、更準確，製造和維護更便宜、更容易。
超聲波換能器的發展使得流體和固體的粘度和彈性測量變得容易，從而使材料研究取得了巨大進步。 超聲波時域反射計將超聲波脈衝發送到材料中並測量反射和不連續性以發現鑄造金屬和石材內部的缺陷，從而提高結構安全性。 第二次世界大戰後，美國、俄羅斯和日本的獨立研究小組發現了一類稱為鐵電體的新型合成材料，其壓電常數比天然材料高出許多倍。 這導致了對鈦酸鋇和後來的鋯鈦酸鉛的深入研究，這些材料具有針對特定應用的特定性能。
第二次世界大戰後，貝爾電話實驗室開發了使用壓電晶體的一個重要例子。 Frederick R. Lack，在無線電話工程部門工作，
可逆過程
壓電是在某些固體材料中積累的電荷，例如晶體、陶瓷以及骨骼和 DNA 等生物物質。 這是這些材料對施加的機械應力的響應。 “壓電”一詞來自希臘語“piezein”，意思是“擠壓”或“按壓”，“ēlektron”意思是“琥珀”，一種古老的電荷來源。
壓電效應是由具有反演對稱性的晶體材料的機械狀態和電狀態之間的線性機電相互作用產生的。 這是一個可逆過程，這意味著表現出壓電性的材料也會表現出逆壓電效應，這是由於施加電場而在內部產生的機械應變。 產生可測量壓電性的材料示例包括鋯鈦酸鉛晶體。 當這些晶體的靜態結構變形時，它們會恢復到原來的尺寸，反之，當施加外部電場時，它們會改變靜態尺寸，從而產生超聲波。
法國物理學家雅克和皮埃爾居里於 1880 年發現了壓電性。此後壓電性已被用於各種有用的應用，包括聲音的產生和檢測、壓電噴墨打印、高壓電的產生、時鐘發生器、電子設備、微量天平、驅動超聲波噴嘴和超精細聚焦光學組件。 它還構成了掃描探針顯微鏡的基礎，可以在原子尺度上解析圖像。 壓電也用於電子放大吉他的拾音器和現代電子鼓的觸發器。
壓電技術也有日常用途，例如產生火花以點燃烹飪和加熱設備、手電筒、打火機等中的氣體。 18 世紀中葉，Carl Linnaeus、Franz Aepinus 和 René Haüy 利用琥珀知識研究了熱釋電效應，其中材料會根據溫度變化產生電勢。 安托萬·塞薩爾·貝克勒爾 (Antoine César Becquerel) 假設了機械應力與電荷之間的關係，但實驗證明尚無定論。
格拉斯哥亨特博物館的參觀者可以看到壓電晶體居里補償器，這是皮埃爾和雅克居里兄弟展示的直接壓電效應。 將他們對熱電的知識與對潛在晶體結構的理解相結合，產生了對熱電的預測和預測晶體行為的能力。 電氣石、石英、黃玉、蔗糖和羅謝爾鹽等晶體的效果證明了這一點。 酒石酸鈉鉀四水合物和石英也表現出壓電性，利用壓電圓盤在變形時產生電壓。 居里夫婦大大夸大了這種形狀的變化，以預測逆壓電效應。 加布里埃爾·李普曼 (Gabriel Lippmann) 於 1881 年根據基本熱力學原理從數學上推導出了相反的效果。
居里夫婦立即證實了逆向效應的存在，並繼續獲得壓電晶體中電-彈性-機械變形完全可逆性的定量證明。 幾十年來，壓電性一直是實驗室的好奇心，但它是皮埃爾和瑪麗居里發現釙和鐳的重要工具。 他們探索和定義表現出壓電性的晶體結構的工作在 Woldemar Voigt 的 Lehrbuch der Kristallphysik（晶體物理學教科書）的出版中達到頂峰。 這描述了具有壓電性的天然晶體類，並使用張量分析嚴格定義了壓電常數。
聲納等壓電設備的實際應用是在第一次世界大戰期間開發的。在法國，保羅朗之萬和他的同事開發了一種超聲波潛艇探測器。 該檢測器由一個由薄石英晶體製成的換能器和一個用於檢測返回回波的水聽器組成。 通過從換能器發射高頻脈衝並測量聽到聲波從物體反射迴聲所需的時間，他們能夠計算出物體的距離。 他們利用壓電效應使這種聲納取得了成功。 該項目引起了人們對壓電設備的強烈發展和興趣，並且在過去的幾十年中探索和開發了新的壓電材料和這些材料的新應用。 壓電裝置
什麼導致壓電？
在本節中，我將探索壓電的起源以及表現出這種現象的各種材料。 我將研究希臘詞“piezein”、電荷的古老來源和熱電效應。 我還將討論皮埃爾和雅克居里的發現以及 20 世紀壓電設備的發展。
希臘詞 Piezein
壓電是電荷在某些固體材料中的積累，例如晶體、陶瓷以及骨骼和 DNA 等生物物質。 它是由這些材料對施加的機械應力的響應引起的。 壓電這個詞來自希臘語“piezein”，意思是“擠壓或按壓”，以及“ēlektron”，意思是“琥珀”，一種古老的電荷來源。
壓電效應是由具有反演對稱性的晶體材料的機械狀態和電狀態之間的線性機電相互作用產生的。 這是一個可逆過程，這意味著表現出壓電性的材料也會表現出逆壓電效應，這是由施加的電場引起的內部機械應變的產生。 例如，當鋯鈦酸鉛晶體的靜態結構從其原始尺寸發生變形時，會產生可測量的壓電性。 相反，當施加外部電場時，晶體可以改變其靜態尺寸，這被稱為逆壓電效應，是超聲波的產生。
法國物理學家雅克和皮埃爾居里於 1880 年發現了壓電現象。壓電效應已被用於許多有用的應用，包括聲音的產生和檢測、壓電噴墨打印、高壓電的產生、時鐘發生器和微量天平等電子設備、驅動超聲波噴嘴和超精細聚焦光學組件。 它還構成了掃描探針顯微鏡的基礎，可以在原子尺度上解析圖像。 壓電也用於電子放大吉他的拾音器和現代電子鼓的觸發器。
壓電有日常用途，例如產生火花來點燃烹飪和加熱設備、手電筒、打火機等中的氣體。 18 世紀中葉，Carl Linnaeus 和 Franz Aepinus 研究了熱釋電效應，即響應溫度變化而產生的電勢，借鑒了 René Haüy 和 Antoine César Becquerel 的知識，他們假設了機械應力和電荷。 實驗證明沒有定論。
在蘇格蘭的博物館，參觀者可以看到壓電晶體居里補償器，這是皮埃爾和雅克居里兄弟展示的直接壓電效應。 將他們對熱電的知識與對潛在晶體結構的理解相結合，產生了對熱電的預測和預測晶體行為的能力。 電氣石、石英、黃玉、蔗糖和羅謝爾鹽等晶體的效果證明了這一點。 酒石酸鉀鈉四水合物和來自羅謝爾鹽的石英表現出壓電性，壓電盤在變形時產生電壓。 這種形狀的變化在居里夫婦的示範中被大大夸大了。
居里夫婦繼續獲得壓電晶體中電彈性機械變形完全可逆性的定量證據。 幾十年來，壓電性一直是實驗室的好奇心，直到它成為皮埃爾和瑪麗居里發現釙和鐳的重要工具。 他們探索和定義表現出壓電性的晶體結構的工作在 Woldemar Voigt 的 Lehrbuch der Kristallphysik（晶體物理學教科書）的出版中達到頂峰。 這描述了具有壓電性的天然晶體類，並通過張量分析嚴格定義了壓電常數。
壓電的這種實際應用導致了第一次世界大戰期間聲納的發展。在法國，Paul Langevin 和他的同事開發了一種超聲波潛艇探測器。 檢測器由一個由薄石英晶體製成的換能器組成，該換能器被小心地粘在鋼板上，稱為水聽器，用於檢測發射高頻脈衝後返回的回波。 換能器測量聽到從物體反射回來的聲波迴聲所花費的時間，從而計算出物體的距離。 壓電在聲納中的應用取得了成功，幾十年來該項目引起了人們對壓電設備的強烈發展和興趣。
探索和開發了新的壓電材料和這些材料的新應用，壓電設備在許多領域都有用武之地，例如陶瓷留聲機唱頭，它簡化了播放器的設計，並製造出更便宜、更準確、維護更便宜、更容易的唱機建造。 的發展
電荷的古老來源
壓電是在某些固體材料中積累的電荷，例如晶體、陶瓷以及骨骼和 DNA 等生物物質。 它是由材料對施加的機械應力的響應引起的。 “壓電”一詞來自希臘語“piezein”，意思是“擠壓或按壓”，以及“elektron”，意思是“琥珀”，一種古老的電荷來源。
壓電效應是由具有反演對稱性的晶體材料的機械狀態和電狀態之間的線性機電相互作用產生的。 這是一個可逆過程，這意味著表現出壓電性的材料也會表現出逆壓電效應，這是由施加的電場引起的內部機械應變的產生。 例如，當鋯鈦酸鉛晶體的靜態結構從其原始尺寸發生變形時，會產生可測量的壓電性。 相反，當施加外部電場時，晶體會以逆壓電效應改變其靜態尺寸，從而產生超聲波。
1880年，法國物理學家雅克和皮埃爾居里發現了壓電效應。 它被用於各種有用的應用，包括聲音的產生和檢測、壓電噴墨印刷、高壓電的產生、時鐘發生器，以及微量天平和用於光學組件超精細聚焦的驅動超聲波噴嘴等電子設備。 它還構成了掃描探針顯微鏡的基礎，用於在原子尺度上解析圖像。 壓電也用於電子放大吉他的拾音器和現代電子鼓的觸發器。
壓電技術在日常生活中用於產生火花以點燃烹飪和加熱設備、手電筒、打火機等中的氣體。 18 世紀中期，Carl Linnaeus 和 Franz Aepinus 研究了熱釋電效應，即響應溫度變化而產生的電勢，借鑒了 René Haüy 和 Antoine César Becquerel 的知識，他們提出了機械應力和電荷。 然而，他們的實驗證明沒有定論。
蘇格蘭亨特博物館的壓電晶體和居里補償器展示了直接壓電效應。 正是皮埃爾和雅克居里兄弟的工作探索並定義了表現出壓電性的晶體結構，最終出版了 Woldemar Voigt 的 Lehrbuch der Kristallphysik（晶體物理學教科書）。 這描述了具有壓電性的天然晶體類別，並通過張量分析嚴格定義了壓電常數，從而為壓電器件的實際應用提供了條件。
聲納是在第一次世界大戰期間由法國的保羅朗之萬和他的同事開發的，他們開發了一種超聲波潛艇探測器。 探測器由一個由薄石英晶體製成的換能器和一個用於檢測返回回波的水聽器組成。 通過從換能器發射高頻脈衝並測量聽到聲波從物體反射迴聲所需的時間，他們能夠計算出到物體的距離。 他們利用壓電效應使這種聲納取得了成功。 幾十年來，該項目引起了人們對壓電設備的強烈發展和興趣。
熱電
壓電是某些材料響應施加的機械應力而積累電荷的能力。 它是具有反演對稱性的晶體材料的機械和電狀態之間的線性機電相互作用。 “壓電”一詞源自希臘語“piezein”，意思是“擠壓或按壓”，以及希臘語“ēlektron”，意思是“琥珀”，一種古老的電荷來源。
壓電效應是由法國物理學家雅克和皮埃爾居里於1880年發現的。它是一個可逆過程，即表現出壓電效應的材料同時表現出逆壓電效應，即在施加電場時內部產生機械應變。 產生可測量壓電性的材料示例包括鋯鈦酸鉛晶體。 當靜態結構變形時，它會恢復到原來的尺寸。 反之，當外加電場時，產生逆壓電效應，從而產生超聲波。
壓電效應被用於許多有用的應用，包括聲音的產生和檢測、壓電噴墨打印、高壓電的產生、時鐘發生器以及微量天平、驅動超聲波噴嘴和超精細聚焦光學組件等電子設備。 它也是掃描探針顯微鏡的基礎，用於解析原子尺度的圖像。 壓電還用於電子放大吉他的拾音器和現代電子鼓的觸發器。
壓電有日常用途，例如產生火花來點燃烹飪和加熱設備、手電筒、打火機等中的氣體。 18 世紀中葉，Carl Linnaeus 和 Franz Aepinus 利用 René Haüy 和 Antoine César Becquerel 的知識研究了熱釋電效應，即響應溫度變化而產生的電勢機械應力和電荷之間。 然而，實驗證明沒有定論。
位於蘇格蘭居里補償器博物館的壓電晶體展示了直接壓電效應。 皮埃爾居里和雅克居里兄弟將他們對熱電的知識和對底層晶體結構的理解相結合，從而加深了對熱電的理解並預測了晶體行為。 電氣石、石英、黃玉、蔗糖和羅謝爾鹽等晶體的效果證明了這一點。 發現酒石酸鉀鈉四水合物和石英表現出壓電性，用壓電圓盤在變形時產生電壓。 這被居里夫婦大大夸大以預測逆壓電效應。 加布里埃爾·李普曼 (Gabriel Lippmann) 於 1881 年根據基本熱力學原理從數學上推導出了相反的效果。
居里夫婦立即證實了逆向效應的存在，並繼續獲得壓電晶體中電-彈性-機械變形完全可逆性的定量證明。 在隨後的幾十年裡，壓電性一直是實驗室的好奇心，直到它成為皮埃爾和瑪麗居里發現釙和鐳的重要工具。 他們探索和定義表現出壓電性的晶體結構的工作在 Woldemar Voigt 的 Lehrbuch der Kristallphysik（晶體物理學教科書）的出版中達到頂峰。
聲納的開發取得了成功，該項目引起了人們對壓電設備的強烈發展和興趣。 在隨後的幾十年裡，新的壓電材料和這些材料的新應用被探索和開發。 壓電設備在許多領域都有用武之地，例如陶瓷留聲機盒，它簡化了播放器的設計，並製造出更便宜、更準確的電唱機，維護成本更低，製造更容易。 超聲波換能器的發展使得流體和固體的粘度和彈性測量變得容易，從而使材料研究取得了巨大進步。 超聲波時域反射計將超聲波脈衝發送到材料中並測量反射和不連續性以發現鑄造金屬和石材內部的缺陷，從而提高結構安全性。
第二次世界大戰後，美國、俄羅斯和日本的獨立研究小組發現了一類稱為鐵電體的新型合成材料，其壓電常數與
壓電材料
在本節中，我將討論表現出壓電效應的材料，壓電效應是某些材料響應施加的機械應力而積累電荷的能力。 我將研究晶體、陶瓷、生物物質、骨骼、DNA 和蛋白質，以及它們如何對壓電效應做出反應。
水晶
壓電是某些材料響應施加的機械應力而積累電荷的能力。 壓電這個詞源自希臘語 πιέζειν (piezein)，意思是“擠壓”或“按壓”，ἤλεκτρον (ēlektron) 意思是“琥珀”，一種古老的電荷來源。 壓電材料包括晶體、陶瓷、生物物質、骨骼、DNA 和蛋白質。
壓電是具有反演對稱性的晶體材料中機械狀態和電狀態之間的線性機電相互作用。 這種效應是可逆的，這意味著表現出壓電性的材料也會表現出逆壓電效應，這是由於施加電場而在內部產生的機械應變。 產生可測量壓電性的材料的例子包括鋯鈦酸鉛晶體，它可以變形到它們的原始尺寸，或者相反，當施加外部電場時改變它們的靜態尺寸。 這被稱為逆壓電效應，用於產生超聲波。
法國物理學家雅克和皮埃爾居里於 1880 年發現了壓電現象。壓電效應已被用於各種有用的應用，包括聲音的產生和檢測、壓電噴墨打印、高壓電的產生、時鐘發生器以及諸如此類的電子設備作為微量天平、驅動超聲噴嘴和超精細聚焦光學組件。 它還構成了掃描探針顯微鏡的基礎，用於在原子尺度上解析圖像。 壓電拾音器還用於電子放大吉他和現代電子鼓中的觸發器。
壓電技術在日常生活中用於產生火花以點燃烹飪和加熱設備以及手電筒和打火機中的氣體。 18 世紀中葉，Carl Linnaeus 和 Franz Aepinus 研究了熱釋電效應，即響應溫度變化而產生的電勢，借鑒了 René Haüy 和 Antoine César Becquerel 的知識，他們假設機械應力和電荷。 證明該理論的實驗尚無定論。
位於蘇格蘭亨特博物館的居里補償器中的壓電晶體展示了直接壓電效應。 皮埃爾居里和雅克居里兄弟將他們對熱電的知識與對潛在晶體結構的理解相結合，從而提出了對熱電的預測。 他們能夠預測晶體行為，並證明了對電氣石、石英、黃玉、蔗糖和羅謝爾鹽等晶體的影響。 酒石酸鈉鉀四水合物和石英也表現出壓電性。 壓電盤在變形時產生電壓； 形狀的變化在居里夫婦的示範中被大大夸大了。
他們還能夠預測逆壓電效應，並從數學上推導出其背後的基本熱力學原理。 加布里埃爾·李普曼 (Gabriel Lippmann) 於 1881 年做到了這一點。居里夫婦立即證實了逆向效應的存在，並繼續獲得壓電晶體中電-彈性-機械變形完全可逆性的定量證明。
幾十年來，壓電性一直是實驗室的好奇心，但它是皮埃爾和瑪麗居里發現釙和鐳的重要工具。 他們探索和定義表現出壓電性的晶體結構的工作在 Woldemar Voigt 的 Lehrbuch der Kristallphysik（晶體物理學教科書）的出版中達到頂峰，該書描述了具有壓電性的天然晶體類，並使用張量分析嚴格定義了壓電常數。
壓電器件在聲納中的實際應用是在第一次世界大戰期間開發的。在法國，Paul Langevin 和他的同事開發了超聲波潛艇探測器。 該檢測器由一個由薄石英晶體製成的換能器組成，該換能器被小心地粘在鋼板上，稱為水聽器，用於檢測發射高頻脈衝後返回的回波。 通過測量聽到聲波從物體反射回來的迴聲所需的時間，他們能夠計算出到物體的距離。 這種壓電在聲納中的應用取得了成功，該項目在過去幾十年中引起了人們對壓電設備的強烈發展和興趣。
陶藝
壓電材料是響應施加的機械應力而積累電荷的固體。 壓電源自希臘語 πιέζειν (piezein)，意思是“擠壓”或“按壓”，ἤλεκτρον (ēlektron) 意思是“琥珀”，一種古老的電荷來源。 壓電材料用於各種應用，包括聲音的產生和檢測、壓電噴墨打印以及高壓電的產生。
壓電材料存在於晶體、陶瓷、生物物質、骨骼、DNA 和蛋白質中。 陶瓷是日常應用中最常用的壓電材料。 陶瓷由金屬氧化物的組合製成，例如鋯鈦酸鉛 (PZT)，將其加熱到高溫以形成固體。 陶瓷非常耐用，可以承受極端溫度和壓力。
壓電陶瓷有多種用途，包括：
• 產生火花以點燃烹飪和加熱設備（例如手電筒和打火機）的氣體。
• 產生用於醫學成像的超聲波。
• 為時鐘發生器和電子設備產生高壓電。
• 生成用於精密稱量的微量天平。
• 驅動超聲波噴嘴用於光學組件的超精細聚焦。
• 構成掃描探針顯微鏡的基礎，可以在原子尺度上分辨圖像。
• 電子擴音吉他的拾音器和現代電子鼓的觸發器。
壓電陶瓷的應用範圍很廣，從消費電子產品到醫學成像。 它們非常耐用，可以承受極端溫度和壓力，使其成為各種行業的理想選擇。
生物物質
壓電是某些材料響應施加的機械應力而積累電荷的能力。 它源自希臘詞“piezein”，意思是“擠壓或按壓”，以及“ēlektron”，意思是“琥珀”，一種古老的電荷來源。
骨骼、DNA 和蛋白質等生物物質都屬於具有壓電性的材料。 這種效應是可逆的，這意味著表現出壓電性的材料也會表現出逆壓電效應，即由施加的電場在內部產生的機械應變。 這些材料的例子包括鋯鈦酸鉛晶體，當它們的靜態結構從其原始尺寸變形時，會產生可測量的壓電性。 相反，當施加外部電場時，晶體會改變其靜態尺寸，通過逆壓電效應產生超聲波。
法國物理學家雅克和皮埃爾居里於 1880 年發現了壓電現象。此後，它已被用於各種有用的應用，例如：
• 聲音的產生和檢測
• 壓電噴墨打印
• 產生高壓電
• 時鐘發生器
• 電子設備
• 微量天平
• 驅動超聲波噴嘴
• 超精細聚焦光學組件
• 構成掃描探針顯微鏡的基礎
• 解析原子尺度的圖像
• 電子擴音吉他的拾音器
• 現代電子鼓中的觸發器
壓電還用於日常用品，例如燃氣烹飪和加熱設備、手電筒、打火機等。 卡爾·林奈 (Carl Linnaeus) 和弗朗茲·埃皮努斯 (Franz Aepinus) 在 18 世紀中葉研究了熱釋電效應，即響應溫度變化而產生的電勢。 借鑒 René Haüy 和 Antoine César Becquerel 的知識，他們假設了機械應力和電荷之間的關係，但他們的實驗證明沒有定論。
位於蘇格蘭亨特博物館的居里補償器中的壓電晶體展示了直接壓電效應。 皮埃爾居里和雅克居里兄弟將他們的熱電學知識和對潛在晶體結構的理解相結合，提出了熱電學預測和晶體行為預測。 電氣石、石英、黃玉、蔗糖和羅謝爾鹽等晶體的效果證明了這一點。 酒石酸鈉鉀四水合物和石英也表現出壓電性，利用壓電圓盤在變形時產生電壓。 居里夫婦大大夸大了這種效應，以預測逆壓電效應。 加布里埃爾·李普曼 (Gabriel Lippmann) 於 1881 年根據基本熱力學原理從數學上推導出了相反的效果。
居里夫婦立即證實了逆向效應的存在，並繼續獲得壓電晶體中電-彈性-機械變形完全可逆性的定量證明。 幾十年來，壓電性一直是實驗室的好奇心，直到它成為皮埃爾和瑪麗居里發現釙和鐳的重要工具。 他們探索和定義表現出壓電性的晶體結構的工作在 Woldemar Voigt 的“Lehrbuch der Kristallphysik”（晶體物理學教科書）的出版中達到頂峰。
骨
壓電是某些材料響應施加的機械應力而積累電荷的能力。 骨頭就是一種表現出這種現象的材料。
骨骼是一種由蛋白質和礦物質組成的生物物質，包括膠原蛋白、鈣和磷。 它是所有生物材料中壓電性最強的，在受到機械應力時能夠產生電壓。
骨骼中的壓電效應是其獨特結構的結果。 它由嵌入礦物質基質中的膠原纖維網絡組成。 當骨骼受到機械應力時，膠原纖維會移動，導致礦物質極化並產生電荷。
骨骼中的壓電效應有許多實際應用。 它用於醫學成像，例如超聲波和 X 射線成像，以檢測骨折和其他異常情況。 它還用於骨傳導助聽器，該助聽器利用壓電效應將聲波轉換為直接發送到內耳的電信號。
骨骼中的壓電效應也用於骨科植入物，例如人造關節和假肢。 植入物利用壓電效應將機械能轉化為電能，然後用於為設備供電。
此外，正在探索骨骼中的壓電效應，以用於開發新的醫療方法。 例如，研究人員正在研究使用壓電刺激骨骼生長和修復受損組織。
總體而言，骨骼中的壓電效應是一種引人入勝的現象，具有廣泛的實際應用。 它被用於各種醫療和技術應用，並正在探索用於開發新療法。
DNA錶款系列
壓電是某些材料響應施加的機械應力而積累電荷的能力。 DNA 就是一種表現出這種效應的材料。 DNA 是一種存在於所有生物體中的生物分子，由四種核苷酸鹼基組成：腺嘌呤 (A)、鳥嘌呤 (G)、胞嘧啶 (C) 和胸腺嘧啶 (T)。
DNA 是一種複雜的分子，在受到機械應力時可用於產生電荷。 這是因為 DNA 分子由兩條通過氫鍵連接在一起的核苷酸鏈組成。 當這些鍵斷裂時，會產生電荷。
DNA 的壓電效應已用於多種應用，包括：
• 為醫療植入物發電
• 檢測和測量細胞中的機械力
• 開發納米級傳感器
• 創建用於 DNA 測序的生物傳感器
• 產生用於成像的超聲波
DNA 的壓電效應也正在探索其在開發新材料（例如納米線和納米管）中的潛在用途。 這些材料可用於多種應用，包括儲能和傳感。
DNA 的壓電效應已得到廣泛研究，並被發現對機械應力高度敏感。 這使其成為尋求開發新材料和新技術的研究人員和工程師的寶貴工具。
總之，DNA 是一種表現出壓電效應的材料，壓電效應是響應施加的機械應力而積累電荷的能力。 這種效應已用於多種應用，包括醫療植入物、納米級傳感器和 DNA 測序。 人們還在探索它在開發新材料（例如納米線和納米管）中的潛在用途。
蛋白質
壓電是某些材料響應施加的機械應力而積累電荷的能力。 蛋白質、晶體、陶瓷以及骨骼和 DNA 等生物物質等壓電材料都表現出這種效應。 尤其是蛋白質，它是一種獨特的壓電材料，因為它們由複雜的氨基酸結構組成，可以通過變形產生電荷。
蛋白質是最豐富的壓電材料類型，它們以多種形式存在。 它們可以以酶、激素和抗體的形式存在，也可以以膠原蛋白和角蛋白等結構蛋白的形式存在。 蛋白質也以肌肉蛋白的形式存在，它負責肌肉收縮和放鬆。
蛋白質的壓電效應是由於它們由複雜的氨基酸結構組成。 當這些氨基酸變形時，它們會產生電荷。 然後，這種電荷可用於為各種設備供電，例如傳感器和執行器。
蛋白質還用於各種醫學應用。 例如，它們用於檢測體內某些蛋白質的存在，可用於診斷疾病。 它們還用於檢測某些細菌和病毒的存在，可用於診斷感染。
蛋白質還用於各種工業應用。 例如，它們用於為各種工業過程創建傳感器和執行器。 它們還用於製造可用於製造飛機和其他車輛的材料。
總之，蛋白質是一種獨特的壓電材料，可用於多種應用。 它們由複雜的氨基酸結構組成，可以變形產生電荷，用於各種醫療和工業應用。
用壓電收集能量
在本節中，我將討論如何使用壓電來收集能量。 我將研究壓電的各種應用，從壓電噴墨打印到時鐘發生器和微量天平。 我還將探索壓電的歷史，從皮埃爾·居里 (Pierre Curie) 的發現到它在第二次世界大戰中的使用。 最後，我將討論壓電行業的現狀和進一步增長的潛力。
壓電噴墨打印
壓電是某些材料響應施加的機械應力而產生電荷的能力。 “壓電”一詞源自希臘語“piezein”（擠壓或按壓）和“elektron”（琥珀色），這是一種古老的電荷來源。 壓電材料，如晶體、陶瓷和生物物質，如骨骼和 DNA，用於各種應用。
壓電用於產生高壓電，作為時鐘發生器，用於電子設備和微量天平。 它還用於驅動超聲波噴嘴和超精細聚焦光學組件。 壓電噴墨打印是該技術的流行應用。 這是一種使用壓電晶體產生高頻振動的印刷方式，用於將墨滴噴射到頁面上。
壓電現象的發現可以追溯到 1880 年，當時法國物理學家雅克和皮埃爾居里發現了這種效應。 從那時起，壓電效應已被用於各種有用的應用。 壓電用於日常用品，例如燃氣烹飪和加熱設備、手電筒、點煙器以及電子擴音吉他的拾音器和現代電子鼓的觸發器。
壓電也用於科學研究。 它是掃描探針顯微鏡的基礎，用於在原子尺度上解析圖像。 它還用於超聲波時域反射計，將超聲波脈衝發送到材料中並測量反射以檢測不連續性並發現鑄造金屬和石材物體內部的缺陷。
對更好的性能和更簡單的製造過程的需求推動了壓電設備和材料的發展。 在美國，商業用途石英晶體的開發一直是壓電工業發展的主要因素。 相比之下，日本製造商已經能夠快速共享信息和開發新應用，從而導致日本市場的快速增長。
壓電技術徹底改變了我們使用能源的方式，從打火機等日常用品到先進的科學研究。 它是一項多功能技術，使我們能夠探索和開發新材料和應用，並將在未來幾年繼續成為我們生活的重要組成部分。
高壓電的產生
壓電是某些固體材料響應施加的機械應力而積累電荷的能力。 “壓電”一詞源自希臘語“piezein”，意為“擠壓”或“按壓”，“ēlektron”意為“琥珀”，一種古老的電荷來源。 壓電是具有反演對稱性的晶體材料中機械狀態和電狀態之間的線性機電相互作用。
壓電效應是一個可逆過程； 表現出壓電性的材料也表現出逆壓電效應，即由施加的電場產生的內部機械應變。 例如，當鋯鈦酸鉛晶體的靜態結構從其原始尺寸發生變形時，會產生可測量的壓電性。 相反，當施加外部電場時，晶體可以改變它們的靜態尺寸，這種現像被稱為逆壓電效應，用於產生超聲波。
壓電效應用於多種應用，包括產生高壓電。 壓電材料用於聲音的產生和檢測、壓電噴墨打印、時鐘發生器、電子設備、微量天平、驅動超聲波噴嘴和超精細聚焦光學組件。
壓電技術也用於日常應用，例如在烹飪和加熱設備、火炬、打火機和熱釋電效應材料中產生火花來點燃氣體，這些材料會響應溫度變化產生電勢。 18 世紀中葉，Carl Linnaeus 和 Franz Aepinus 研究了這種效應，借鑒了 René Haüy 和 Antoine César Becquerel 的知識，他們假設了機械應力和電荷之間的關係，儘管他們的實驗證明沒有定論。
熱釋電的知識和對底層晶體結構的理解相結合，產生了對熱釋電的預測和預測晶體行為的能力。 電氣石、石英、黃玉、蔗糖和羅謝爾鹽等晶體的效果證明了這一點。 酒石酸鈉鉀四水合物和石英也表現出壓電性，利用壓電圓盤在變形時產生電壓。 這在居里夫婦對直接壓電效應的演示中被大大夸大了。
皮埃爾和雅克居里兄弟繼續獲得壓電晶體中電彈性機械變形完全可逆性的定量證明。 幾十年來，壓電性一直是實驗室的好奇心，但它是皮埃爾和瑪麗居里發現釙和鐳的重要工具。 他們探索和定義表現出壓電性的晶體結構的工作在 Woldemar Voigt 的 Lehrbuch der Kristallphysik（晶體物理學教科書）的出版中達到頂峰，該書描述了具有壓電性的天然晶體類，並使用張量分析嚴格定義了壓電常數。
壓電器件的實際應用始於第一次世界大戰期間聲納的發展。在法國，Paul Langevin 和他的同事開發了超聲波潛艇探測器。 檢測器包括一個換能器，該換能器由小心地粘在鋼板上的薄石英晶體製成，以及一個用於檢測返回回波的水聽器。 通過從換能器發射高頻脈衝並測量聽到聲波從物體反射迴聲所需的時間，他們能夠計算出物體的距離。 他們利用壓電技術使聲納取得成功，該項目在接下來的幾十年裡引起了人們對壓電設備的強烈發展和興趣。
探索和開發了新的壓電材料和這些材料的新應用。 壓電設備在各個領域都有用武之地，例如陶瓷留聲機盒，它簡化了播放器的設計，並製造出更便宜、更準確的唱機，維護成本更低，製造更容易。 超聲波換能器的發展使得流體和固體的粘度和彈性測量變得容易，從而使材料研究取得了巨大進步。 超聲波時域反射計將超聲波脈衝發送到材料中並測量反射和不連續性以發現鑄造金屬和石材內部的缺陷，從而提高結構安全性。
第二次世界大戰期間，美國、俄羅斯和日本的獨立研究小組發現了一類名為 fer 的新型合成材料
時鐘發生器
壓電是某些材料響應施加的機械應力而積累電荷的能力。 這種現像已被用於創建許多有用的應用程序，包括時鐘發生器。 時鐘發生器是利用壓電現象產生具有精確定時的電信號的設備。
時鐘發生器用於各種應用，例如計算機、電信和汽車系統。 它們還用於心臟起搏器等醫療設備，以確保電信號的準確計時。 時鐘發生器還用於工業自動化和機器人技術，在這些領域精確計時至關重要。
壓電效應基於具有反演對稱性的晶體材料中機械狀態和電狀態之間的線性機電相互作用。 這種效應是可逆的，這意味著表現出壓電性的材料在施加電場時也會產生機械應變。 這被稱為逆壓電效應，用於產生超聲波。
時鐘發生器利用這種逆壓電效應來產生具有精確定時的電信號。 壓電材料在電場作用下變形，使其以特定頻率振動。 然後將這種振動轉換為電信號，用於生成精確的計時信號。
時鐘發生器用於從醫療設備到工業自動化的各種應用。 它們可靠、準確且易於使用，使其成為許多應用的熱門選擇。 壓電是現代技術的重要組成部分，時鐘發生器只是這一現象的眾多應用之一。
電子設備
壓電是某些固體材料響應施加的機械應力而積累電荷的能力。 這種稱為壓電效應的現像被用於各種電子設備，從電子擴音吉他的拾音器到現代電子鼓的觸發器。
壓電源自希臘語 πιέζειν (piezein)，意思是“擠壓”或“按壓”，ἤλεκτρον (ēlektron) 意思是“琥珀”，一種古老的電荷來源。 壓電材料是晶體、陶瓷和生物物質，如骨骼和 DNA 蛋白質，它們表現出壓電效應。
壓電效應是具有反演對稱性的晶體材料中機械狀態和電狀態之間的線性機電相互作用。 這是一個可逆過程，這意味著表現出壓電效應的材料也會表現出逆壓電效應，這是由施加的電場引起的內部機械應變的產生。 例如，當鋯鈦酸鉛晶體的靜態結構從其原始尺寸發生變形時，會產生可測量的壓電性。 相反，當施加外部電場時，晶體可以改變它們的靜態尺寸，這種現像被稱為逆壓電效應，用於產生超聲波。
壓電現象的發現歸功於法國物理學家 Pierre 和 Jacques Curie，他們在 1880 年展示了直接壓電效應。他們對熱釋電的知識和對底層晶體結構的理解相結合，導致了對熱釋電效應的預測，並能夠預測晶體行為通過電氣石、石英、黃玉、蔗糖和羅謝爾鹽等晶體的作用得到證明。
壓電技術已用於各種日常應用，例如產生火花以點燃烹飪和加熱設備中的氣體、火炬、點煙器以及響應溫度變化產生電勢的熱釋電效應材料。 Carl Linnaeus 和 Franz Aepinus 在 18 世紀中葉研究了這一點，借鑒了 René Haüy 和 Antoine César Becquerel 的知識，他們假設了機械應力和電荷之間的關係。 然而，直到蘇格蘭居里補償器博物館的壓電晶體展示了居里兄弟的直接壓電效應後，實驗才得出結論。
壓電用於各種電子設備，從電子放大吉他的拾音器到現代電子鼓的觸發器。 它還用於聲音的產生和檢測、壓電噴墨打印、高壓電的產生、時鐘發生器、微量天平、驅動超聲波噴嘴和超精細聚焦光學組件。 壓電也是掃描探針顯微鏡的基礎，用於在原子尺度上解析圖像。
微量天平
壓電是某些固體材料響應施加的機械應力而積累電荷的能力。 壓電源自希臘語 πιέζειν (piezein)，意思是“擠壓”或“按壓”，以及 ἤλεκτρον (ēlektron)，意思是“琥珀”，一種古老的電荷來源。
壓電用於各種日常應用，例如產生火花來點燃烹飪和加熱設備、火炬、打火機等的氣體。 它還用於聲音的產生和檢測，以及壓電噴墨打印。
壓電也用於產生高壓電，是時鐘發生器和微量天平等電子設備的基礎。 壓電也用於驅動超聲波噴嘴和超精細聚焦光學組件。
1880 年，法國物理學家雅克和皮埃爾居里發現了壓電現象。居里兄弟將他們對熱電的知識和對基本晶體結構的理解相結合，提出了壓電的概念。 他們能夠預測晶體行為，並證明了對電氣石、石英、黃玉、蔗糖和羅謝爾鹽等晶體的影響。
壓電效應被用於有用的應用，包括聲音的產生和檢測。 第一次世界大戰期間聲納的發展是壓電技術應用的重大突破。 第二次世界大戰後，美國、俄羅斯和日本的獨立研究小組發現了一類稱為鐵電體的新型合成材料，其壓電常數比天然材料高十倍。
這導致了對鈦酸鋇和後來的鋯鈦酸鉛材料的深入研究和開發，這些材料具有適合特定應用的特定性能。 第二次世界大戰後，貝爾電話實驗室開發了使用壓電晶體的一個重要例子。
在無線電話工程部門工作的 Frederick R. Lack 開發了一種可在很寬的溫度範圍內工作的切割晶體。 拉克的水晶不需要以前水晶的笨重配件，方便了它在飛機上的使用。 這一發展使盟軍空軍能夠使用航空無線電進行協調的大規模攻擊。
美國壓電器件和材料的開發讓幾家公司得以繼續經營，石英晶體的開發得到了商業開發。 此後，壓電材料被用於各種應用，包括醫學成像、超聲波清洗等。
驅動超聲波噴嘴
壓電是在某些固體材料（例如晶體、陶瓷以及骨骼和 DNA 等生物物質）中積累的電荷。 它是對施加的機械應力的反應，源自希臘語“piezein”，意思是“擠壓”或“按壓”，以及“elektron”，意思是“琥珀”，一種古老的電荷來源。
壓電效應是具有反演對稱性的晶體材料的機械狀態和電狀態之間的線性機電相互作用。 這是一個可逆過程，這意味著表現出壓電效應的材料也會表現出逆壓電效應，這是由於施加的電場而在內部產生的機械應變。 這方面的一個例子是鋯鈦酸鉛晶體，當它們的靜態結構從其原始尺寸變形時，它會產生可測量的壓電性。 相反，當施加外部電場時，晶體會改變其靜態尺寸，從而產生逆壓電效應，即產生超聲波。
法國物理學家雅克和皮埃爾居里於 1880 年發現了壓電性，此後它被用於各種有用的應用，包括聲音的產生和檢測。 壓電技術也有日常用途，例如產生火花以點燃烹飪和加熱設備、手電筒、打火機等中的氣體。
Carl Linnaeus、Franz Aepinus 研究了熱釋電效應，即響應溫度變化而產生電勢的材料，18 世紀中葉從 René Haüy 和 Antoine César Becquerel 那裡吸取了知識，他們提出了機械應力與機械應力之間的關係電荷。 證明這一點的實驗尚無定論。
位於蘇格蘭亨特博物館的居里補償器中的壓電晶體展示了皮埃爾居里和雅克居里兄弟的直接壓電效應。 結合他們對熱釋電的知識和對底層晶體結構的理解，提出了對熱釋電的預測，並使他們能夠預測晶體行為。 電氣石、石英、黃玉、蔗糖和羅謝爾鹽等晶體的效果證明了這一點。 酒石酸鈉鉀四水合物和石英也表現出壓電性，利用壓電圓盤在變形時產生電壓。 居里夫婦大大夸大了這一點，以預測逆壓電效應，該效應是加布里埃爾·李普曼 (Gabriel Lippmann) 於 1881 年根據基本熱力學原理從數學上推導出來的。
居里夫婦立即證實了逆向效應的存在，並繼續獲得壓電晶體中電-彈性-機械變形完全可逆性的定量證明。 幾十年來，壓電性一直是實驗室的好奇心，但卻是皮埃爾和瑪麗居里在探索和定義具有壓電性的晶體結構的工作中發現釙和鐳的重要工具。 這最終導致了 Woldemar Voigt 的 Lehrbuch der Kristallphysik（晶體物理學教科書）的出版，該書描述了具有壓電性的天然晶體類，並通過張量分析嚴格定義了壓電常數。
壓電器件的實際應用始於第一次世界大戰期間開發的聲納。在法國，Paul Langevin 和他的同事開發了超聲波潛艇探測器。 檢測器由一個由薄石英晶體製成的換能器組成，該換能器被小心地粘在鋼板上，稱為水聽器，用於檢測發射高頻脈衝後返回的回波。 通過測量聽到聲波從物體彈回的迴聲所需的時間，他們可以計算出物體的距離。 這種壓電在聲納中的應用取得了成功，幾十年來該項目引起了人們對壓電設備的強烈發展和興趣。
探索和開發了新的壓電材料和這些材料的新應用，壓電設備在陶瓷留聲機墨盒等領域找到了用武之地，這簡化了播放器的設計，並製造出更便宜、更準確、維護成本更低、更容易製造的唱機. 超聲波換能器的發展使得流體和固體的粘度和彈性測量變得容易，從而使材料研究取得了巨大進步。 超聲波時域反射計通過材料發送超聲波脈衝並測量反射和不連續性以發現鑄造金屬和石材內部的缺陷
超精細聚焦光學組件
壓電是某些材料在受到機械應力時積累電荷的能力。 它是具有反演對稱性的晶體材料的電氣和機械狀態之間的線性機電相互作用。 壓電是一個可逆過程，這意味著表現出壓電性的材料也會表現出逆壓電效應，這是由於施加電場而在內部產生的機械應變。
壓電已用於各種應用，包括聲音的產生和檢測，以及高壓電的產生。 壓電還用於噴墨打印、時鐘發生器、電子設備、微量天平、驅動超聲波噴嘴和超精細聚焦光學組件。
1880 年，法國物理學家雅克和皮埃爾居里發現了壓電現象。 壓電效應在有用的應用中得到利用，例如聲音的產生和檢測，以及高壓電的產生。 還使用壓電噴墨打印，以及時鐘發生器、電子設備、微量天平、驅動超聲波噴嘴和超精細聚焦光學組件。
壓電技術已經進入日常應用，例如產生火花來點燃烹飪和加熱設備的氣體、火炬、打火機，以及響應溫度變化產生電勢的熱釋電效應材料。 Carl Linnaeus 和 Franz Aepinus 在 18 世紀中葉研究了這種效應，借鑒了 René Haüy 和 Antoine César Becquerel 的知識，他們假設了機械應力和電荷之間的關係。 實驗證明沒有定論。
位於蘇格蘭亨特博物館的居里補償器中的壓電晶體展示了皮埃爾居里和雅克居里兄弟的直接壓電效應。 結合他們對熱釋電的知識和對底層晶體結構的理解，他們提出了對熱釋電的預測和預測晶體行為的能力。 電氣石、石英、黃玉、蔗糖和羅謝爾鹽等晶體的效果證明了這一點。
酒石酸鈉和鉀四水合物、石英和羅謝爾鹽表現出壓電性，利用壓電圓盤在變形時產生電壓，雖然形狀的變化被大大夸大了。 居里夫婦預言了逆壓電效應，逆壓電效應是由加布里埃爾·李普曼於 1881 年根據熱力學基本原理從數學上推導出來的。壓電晶體中的彈性機械變形。
幾十年來，壓電性一直是實驗室的好奇心，直到它成為皮埃爾和瑪麗居里發現釙和鐳的重要工具。 他們探索和定義表現出壓電性的晶體結構的工作在 Woldemar Voigt 的 Lehrbuch der Kristallphysik（晶體物理學教科書）的出版中達到頂峰。 這描述了具有壓電性的天然晶體類，並使用張量分析嚴格定義了壓電器件實際應用的壓電常數。
聲納的開發是一個成功的項目，它引起了人們對壓電設備的強烈發展和興趣。 幾十年後，新的壓電材料和這些材料的新應用被探索和開發。 壓電設備在多個領域找到了家，例如陶瓷留聲機盒，它簡化了播放器設計並使唱機更便宜，更易於維護和製造。 超聲波換能器的發展使得流體和固體的粘度和彈性測量變得容易，從而使材料研究取得了巨大進步。 超聲波時域反射計將超聲波脈衝發送到材料中並測量反射和不連續性以發現鑄造金屬和石材內部的缺陷，從而提高結構安全性。
從石英晶體開發的新材料的有利可圖的專利確保了壓電領域利益的開端，這些材料被商業開發為壓電材料。 科學家們一直在尋找更高性能的材料，儘管材料取得了進步，製造工藝也日趨成熟，但美國市場並沒有快速增長。 相比之下，與日本製造商相比，日本製造商快速共享信息，美國壓電行業增長的新應用受到影響。
壓電馬達
在本節中，我將討論壓電在現代技術中的應用。 從可以在原子尺度上分辨圖像的掃描探針顯微鏡，到電子放大吉他的拾音器和現代電子鼓的觸發器，壓電已成為許多設備不可或缺的一部分。 我將探討壓電的歷史及其在各種應用中的應用。
掃描探針顯微鏡的形成基礎
壓電是在某些固體材料中積累的電荷，例如晶體、陶瓷以及骨骼和 DNA 等生物物質。 它是對施加的機械應力的反應，壓電這個詞來自希臘語 πιέζειν (piezein)，意思是“擠壓”或“壓力”，ἤλεκτρον (ēlektron) 意思是“琥珀”，一種古老的電荷來源。
壓電馬達是利用壓電效應產生運動的裝置。 這種效應是具有反演對稱性的晶體材料中機械狀態和電狀態之間的線性機電相互作用。 這是一個可逆過程，這意味著表現出壓電效應的材料也會表現出逆壓電效應，這是由施加的電場引起的內部機械應變的產生。 產生可測量壓電性的材料示例是鋯鈦酸鉛晶體。
壓電效應在有用的應用中得到了利用，例如聲音的產生和檢測、壓電噴墨打印、高壓電的產生、時鐘發生器以及微量天平和用於超精細聚焦光學組件的驅動超聲波噴嘴等電子設備。 它還構成了掃描探針顯微鏡的基礎，用於在原子尺度上解析圖像。
1880 年，法國物理學家雅克和皮埃爾居里發現了壓電現象。 在蘇格蘭的亨特博物館可以看到壓電晶體和居里補償器的視圖，這是皮埃爾和雅克居里兄弟對直接壓電效應的演示。
結合他們對熱釋電的知識和對底層晶體結構的理解，產生了對熱釋電的預測，這使他們能夠預測晶體行為。 電氣石、石英、黃玉、蔗糖和羅謝爾鹽等晶體的效果證明了這一點。 酒石酸鈉和鉀四水合物，以及石英和羅謝爾鹽表現出壓電性，壓電盤被用來在變形時產生電壓，儘管這被居里大大夸大了。
他們還預測了逆壓電效應，這是由加布里埃爾·李普曼 (Gabriel Lippmann) 於 1881 年根據基本熱力學原理從數學上推導出來的。居里夫婦立即證實了逆壓電效應的存在，並繼續獲得了電-彈-壓電晶體的機械變形。
幾十年來，壓電性一直是實驗室的好奇心，直到它成為皮埃爾和瑪麗居里發現釙和鐳的重要工具。 他們探索和定義表現出壓電性的晶體結構的工作在 Woldemar Voigt 的 Lehrbuch der Kristallphysik（晶體物理學教科書）的出版中達到頂峰，該書描述了具有壓電性的天然晶體類並嚴格定義了壓電常數和張量分析。
這導致了壓電設備的實際應用，例如在第一次世界大戰期間開發的聲納。在法國，Paul Langevin 和他的同事開發了超聲波潛艇探測器。 該探測器由一個由薄石英晶體製成的換能器和一個水聽器組成，換能器由小心地粘在鋼板上的薄石英晶體製成，用於檢測從換能器發出高頻脈衝後返回的回波。 通過測量聽到聲波從物體彈回的迴聲所花費的時間，他們能夠計算出物體的距離。 他們利用壓電技術使這種聲納獲得成功，該項目幾十年來引起了人們對壓電設備的強烈發展和興趣。
探索和開發了新的壓電材料和這些材料的新應用，壓電器件在許多領域都有用武之地，例如陶瓷留聲機唱頭，它簡化了播放器的設計，使唱機更便宜、更準確、維護更便宜、更容易建造。 超聲波換能器的發展使得流體和固體的粘度和彈性測量變得容易，從而使材料研究取得了巨大進步。 超聲波時域反射計將超聲波脈衝發送到材料中並測量反射和不連續性以發現鑄造金屬和石材內部的缺陷，從而提高結構安全性。
二戰期間，美國的獨立研究小組
以原子尺度解析圖像
壓電是在某些固體材料（例如晶體、陶瓷以及骨骼和 DNA 等生物物質）中積累的電荷。 它是對施加的機械應力的反應，源自希臘語“piezein”，意思是擠壓或按壓。 壓電效應源於具有反演對稱性的晶體材料中機械狀態和電狀態之間的線性機電相互作用。
壓電是一個可逆過程，表現出壓電效應的材料也表現出逆壓電效應，這是由於施加電場而在內部產生機械應變。 這方面的例子包括鋯鈦酸鉛晶體，當它們的靜態結構從其原始尺寸變形時，會產生可測量的壓電性。 相反，當施加外部電場時，晶體會改變其靜態尺寸，這被稱為逆壓電效應，可用於產生超聲波。
法國物理學家雅克和皮埃爾居里於 1880 年發現了壓電效應。壓電效應已被用於各種有用的應用，包括聲音的產生和檢測、壓電噴墨打印、高壓電的產生、時鐘發生器和電子設備，如微量天平和驅動超聲波噴嘴。 它還構成了掃描探針顯微鏡的基礎，用於在原子尺度上解析圖像。
壓電也用於日常應用，例如產生火花以點燃烹飪和加熱設備、手電筒、打火機等中的氣體。 卡爾·林奈 (Carl Linnaeus) 和弗朗茨·埃皮努斯 (Franz Aepinus) 在 18 世紀中葉研究了熱釋電效應，這是一種響應溫度變化而產生電勢的材料。 借鑒 René Haüy 和 Antoine César Becquerel 的知識，他們假設了機械應力和電荷之間的關係，但他們的實驗證明沒有定論。
格拉斯哥亨特博物館的參觀者可以看到壓電晶體居里補償器，這是皮埃爾和雅克居里兄弟展示的直接壓電效應。 結合他們對熱釋電的知識和對底層晶體結構的理解，他們提出了對熱釋電的預測和預測晶體行為的能力。 電氣石、石英、黃玉、蔗糖和羅謝爾鹽等晶體的效果證明了這一點。 酒石酸鈉和鉀四水合物、石英和羅謝爾鹽表現出壓電性，壓電盤在變形時會產生電壓，儘管形狀的變化被大大夸大了。 居里夫婦能夠預測逆壓電效應，逆壓電效應是加布里埃爾·李普曼 (Gabriel Lippmann) 於 1881 年根據基本熱力學原理從數學上推導出來的。
居里夫婦立即證實了逆向效應的存在，並繼續獲得壓電晶體中電-彈性-機械變形完全可逆性的定量證明。 幾十年來，壓電性一直是實驗室的好奇心，但它是皮埃爾和瑪麗居里發現釙和鐳的重要工具。 他們探索和定義表現出壓電性的晶體結構的工作在 Woldemar Voigt 的 Lehrbuch der Kristallphysik（晶體物理學教科書）的出版中達到頂峰。
拾音器電子擴音吉他
壓電馬達是利用壓電效應將電能轉換為機械能的電動機。 壓電效應是某些材料在受到機械應力時產生電荷的能力。 壓電電機用於各種應用，從為鍾表等小型設備供電到為機器人和醫療設備等大型機器供電。
壓電馬達用於電子放大吉他的拾音器。 這些拾音器利用壓電效應將吉他弦的振動轉換為電信號。 然後該信號被放大並發送到放大器，從而產生吉他的聲音。 壓電拾音器也用於現代電子鼓，用於檢測鼓皮的振動並將其轉換為電信號。
壓電馬達也用於掃描探針顯微鏡，它利用壓電效應在表面上移動微型探針。 這使得顯微鏡能夠在原子尺度上解析圖像。 壓電馬達也用於噴墨打印機，用於在頁面上來回移動打印頭。
壓電電機用於各種其他應用，包括醫療設備、汽車部件和消費電子產品。 它們還用於工業應用，例如精密零件的生產和復雜部件的組裝。 壓電效應還用於產生超聲波，超聲波用於醫學成像和材料缺陷檢測。
總體而言，壓電電機的應用範圍很廣，從為小型設備供電到為大型機器供電。 它們用於拾音器電子放大吉他、現代電子鼓、掃描探針顯微鏡、噴墨打印機、醫療設備、汽車部件和消費電子產品。 壓電效應還用於產生超聲波和檢測材料中的缺陷。
觸發現代電子鼓
壓電是在某些固體材料（例如晶體、陶瓷以及骨骼和 DNA 等生物物質）中積累的電荷。 這是這些材料對施加的機械應力的響應。 壓電一詞源自希臘語“piezein”，意思是“擠壓或按壓”，以及“elektron”，意思是“琥珀”，一種古老的電荷源。
壓電馬達是利用壓電效應產生運動的裝置。 這種效應是由具有反演對稱性的晶體材料的機械狀態和電狀態之間的線性機電相互作用引起的。 這是一個可逆過程，這意味著表現出壓電效應的材料也會表現出逆壓電效應，這是由於施加的電場而在內部產生的機械應變。 這方面的一個例子是鋯鈦酸鉛晶體，當它們的靜態結構從其原始尺寸變形時，它會產生可測量的壓電性。 相反，當施加外部電場時，晶體會改變其靜態尺寸，從而產生超聲波。
壓電電機用於各種日常應用，例如：
• 產生火花以點燃烹飪和加熱設備中的氣體
• 手電筒、打火機和熱釋電效應材料
• 產生響應溫度變化的電勢
• 聲音的產生和檢測
• 壓電噴墨打印
• 產生高壓電
• 時鐘發生器和電子設備
• 微量天平
• 驅動超聲波噴嘴和超精細聚焦光學組件
• 構成掃描探針顯微鏡的基礎
• 解析原子尺度的圖像
• 電子擴音吉他拾音器
• 觸發現代電子鼓。
壓電換能器的機電建模
在本節中，我將探討壓電換能器的機電建模。 我將了解壓電現象的發現歷史、證明其存在的實驗以及壓電器件和材料的發展。 我還將討論法國物理學家 Pierre 和 Jacques Curie、Carl Linnaeus 和 Franz Aepinus、Rene Hauy 和 Antoine Cesar Becquerel、Gabriel Lippmann 和 Woldemar Voigt 的貢獻。
法國物理學家皮埃爾和雅克居里
壓電是一種機電現象，電荷會在某些固體材料（例如晶體、陶瓷以及骨骼和 DNA 等生物物質）中積累。 該電荷是響應施加的機械應力而產生的。 “壓電”一詞源自希臘語“piezein”，意思是“擠壓或按壓”，以及“elektron”，意思是“琥珀”，一種古老的電荷來源。
壓電效應是由具有反演對稱性的材料中的機械狀態和電狀態之間的線性機電相互作用產生的。 這種效應是可逆的，這意味著表現出壓電效應的材料也會表現出逆壓電效應，即內部產生機械應變以響應施加的電場。 例如，當鋯鈦酸鉛晶體的靜態結構從其原始尺寸發生變形時，會產生可測量的壓電性。 相反，當施加外部電場時，晶體會改變其靜態尺寸，從而在稱為逆壓電效應的過程中產生超聲波。
1880 年，法國物理學家皮埃爾和雅克居里發現了壓電效應，此後它被用於各種有用的應用，包括聲音的產生和檢測、壓電噴墨打印、高壓電的產生、時鐘發生器和電子設備用於超精細聚焦光學組件的微量天平和驅動超聲波噴嘴等設備。 它還構成了掃描探針顯微鏡的基礎，可以在原子尺度上解析圖像。 壓電也用於電子放大吉他的拾音器和現代電子鼓的觸發器。
壓電技術也有日常用途，例如產生火花以點燃烹飪和加熱設備、手電筒、打火機等中的氣體。 18 世紀中葉，Carl Linnaeus 和 Franz Aepinus 研究了熱釋電效應，其中材料響應溫度變化而產生電勢，借鑒了 René Hauy 和 Antoine César Becquerel 的知識，他們假設了機械應力和電荷，儘管他們的實驗證明沒有定論。
通過將他們對熱電的知識與對潛在晶體結構的理解相結合，居里夫婦能夠預測熱電並預測晶體的行為。 電氣石、石英、黃玉、蔗糖和羅謝爾鹽等晶體的效果證明了這一點。 酒石酸鈉鉀四水合物和石英也表現出壓電性。 壓電盤在變形時會產生電壓，儘管這在居里夫婦的演示中被大大夸大了。 他們還能夠預測逆壓電效應，並根據加布里埃爾·李普曼 (Gabriel Lippmann) 於 1881 年提出的基本熱力學原理從數學上推導出它。
居里夫婦立即證實了逆向效應的存在，並繼續獲得壓電晶體中電-彈性-機械變形完全可逆性的定量證明。 在隨後的幾十年裡，壓電性一直是實驗室的好奇心，直到它成為皮埃爾和瑪麗居里發現釙和鐳的重要工具。 他們探索和定義表現出壓電性的晶體結構的工作在 Woldemar Voigt 的“Lehrbuch der Kristallphysik”（晶體物理學教科書）的出版中達到頂峰。
實驗證明沒有定論
壓電是一種機電現象，其中電荷在某些固體材料中積累，例如晶體、陶瓷以及骨骼和 DNA 等生物物質。 它是對施加的機械應力的反應，“壓電”一詞源自希臘語“piezein”，意思是“擠壓或按壓”，以及“ēlektron”，意思是“琥珀色”，一種古老的電荷來源。
壓電效應是由具有反演對稱性的晶體材料的機械狀態和電狀態之間的線性機電相互作用產生的。 這是一個可逆過程； 表現出壓電效應的材料也表現出逆壓電效應，這是由於施加電場而在內部產生的機械應變。 例如，當鋯鈦酸鉛晶體的靜態結構從其原始尺寸發生變形時，會產生可測量的壓電性。 相反，當施加外部電場時，晶體可以改變其靜態尺寸，稱為逆壓電效應，用於產生超聲波。
法國物理學家皮埃爾和雅克居里於 1880 年發現了壓電性。此後壓電性被用於各種有用的應用，包括聲音的產生和檢測、壓電噴墨打印、高壓電的產生、時鐘發生器和微量天平等電子設備、驅動超聲波噴嘴和超精細聚焦光學組件。 它還構成了掃描探針顯微鏡的基礎，可以在原子尺度上解析圖像。 壓電還用於電子放大吉他的拾音器和現代電子鼓的觸發器。
壓電技術在日常生活中用於產生火花以點燃烹飪和加熱設備、手電筒、打火機等中的氣體。 18 世紀中葉，Carl Linnaeus 和 Franz Aepinus 研究了熱釋電效應，其中材料響應溫度變化而產生電勢，借鑒了 René Hauy 和 Antoine César Becquerel 的知識，他們假設了機械應力和電荷之間。 實驗證明沒有定論。
熱釋電知識和對底層晶體結構的理解相結合，產生了對熱釋電的預測和預測晶體行為的能力。 電氣石、石英、黃玉、蔗糖和羅謝爾鹽等晶體的效果證明了這一點。 酒石酸鈉鉀四水合物和石英也表現出壓電性，利用壓電圓盤在變形時產生電壓。 這在居里夫婦對直接壓電效應的演示中被大大夸大了。
皮埃爾·居里和雅克·居里兄弟預言了逆壓電效應，加布里埃爾·李普曼於 1881 年根據熱力學基本原理從數學上推導出了逆壓電效應。居里夫婦立即證實了逆壓電效應的存在，並進一步得到了完整的定量證明壓電晶體中電彈性機械變形的可逆性。
幾十年來，壓電性一直是實驗室的好奇心，但它是皮埃爾和瑪麗居里發現釙和鐳的重要工具。 他們探索和定義表現出壓電性的晶體結構的工作在 Woldemar Voigt 的 Lehrbuch der Kristallphysik（晶體物理學教科書）的出版中達到頂峰。 這描述了具有壓電性的天然晶體類，並使用張量分析嚴格定義了壓電常數。 這是壓電換能器的第一個實際應用，聲納是在第一次世界大戰期間開發的。在法國，Paul Langevin 和他的同事開發了超聲波潛艇探測器。
卡爾·林奈和弗朗茨·埃皮努斯
壓電是一種機電現象，其中電荷在某些固體材料中積累，例如晶體、陶瓷和生物物質（如骨骼和 DNA）。 該電荷是響應施加的機械應力而產生的。 壓電這個詞來自希臘語 πιέζειν (piezein)，意思是“擠壓或按壓”，ἤλεκτρον (ēlektron) 意思是“琥珀”，一種古老的電荷來源。
壓電效應是由具有反演對稱性的晶體材料的機械狀態和電狀態之間的線性機電相互作用產生的。 這種效應是可逆的，這意味著表現出壓電性的材料也會表現出逆壓電效應，這是由於施加電場而在內部產生的機械應變。 例如，當鋯鈦酸鉛晶體的靜態結構從其原始尺寸發生變形時，會產生可測量的壓電性。 相反，當施加外部電場時，晶體可以改變其靜態尺寸，這被稱為逆壓電效應，用於產生超聲波。
1880 年，法國物理學家雅克和皮埃爾居里發現了壓電效應，此後它被用於許多有用的應用，包括聲音的產生和檢測、壓電噴墨打印、高壓電的產生、時鐘發生器、電子設備、微量天平、驅動超聲波噴嘴和超精細聚焦光學組件。 它還構成了掃描探針顯微鏡的基礎，用於在原子尺度上解析圖像。 壓電也用於電子放大吉他的拾音器和現代電子鼓的觸發器。
在日常使用中也發現了壓電現象，例如產生火花以點燃烹飪和加熱設備、手電筒、點煙器中的氣體，以及熱釋電效應，即材料響應溫度變化而產生電勢。 18 世紀中葉，Carl Linnaeus 和 Franz Aepinus 研究了這種效應，借鑒了 René Hauy 和 Antoine César Becquerel 的知識，他們假設了機械應力和電荷之間的關係，儘管他們的實驗證明沒有定論。
蘇格蘭亨特博物館中居里補償器中壓電晶體的視圖是皮埃爾和雅克居里兄弟對直接壓電效應的展示。 將他們對熱電的知識與對潛在晶體結構的理解相結合，產生了對熱電的預測和預測晶體行為的能力。 電氣石、石英、黃玉、蔗糖和羅謝爾鹽等晶體的效果證明了這一點。 酒石酸鉀鈉四水合物和來自羅謝爾鹽的石英表現出壓電性，壓電盤在變形時會產生電壓，儘管這在居里夫婦的演示中被大大夸大了。
加布里埃爾·李普曼 (Gabriel Lippmann) 於 1881 年預測了逆壓電效應及其從基本熱力學原理的數學推導。居里夫婦立即證實了逆壓電效應的存在，並繼續獲得了電-彈-壓電晶體的機械變形。 幾十年來，壓電性一直是實驗室的好奇心，直到它成為皮埃爾和瑪麗居里發現釙和鐳的重要工具，他們用它來探索和定義表現出壓電性的晶體結構。 這最終導致了 Woldemar Voigt 的 Lehrbuch der Kristallphysik（晶體物理學教科書）的出版，該書描述了具有壓電性的天然晶體類，並使用張量分析嚴格定義了壓電常數。
壓電換能器的這種實際應用導致了第一次世界大戰期間聲納的發展。在法國，Paul Langevin 和他的同事開發了超聲波潛艇探測器。 探測器由一個由薄石英晶體製成的換能器和一個水聽器組成，換能器由小心粘在鋼板上的薄石英晶體製成，用於檢測從換能器發出高頻脈衝後返回的回波。 通過測量聽到聲波從物體彈回的迴聲所需的時間，他們能夠計算出物體的距離。 他們利用壓電使這種聲納獲得成功，該項目引起了人們對壓電設備的強烈發展和興趣
Rene Hauy 和 Antoine Cesar Becquerel
壓電是一種機電現象，當某些固體材料（例如晶體、陶瓷以及骨骼和 DNA 等生物物質）響應施加的機械應力而積累電荷時，就會發生這種現象。 壓電源自希臘詞“piezein”，意思是“擠壓或按壓”，以及“elektron”，意思是“琥珀”，一種古老的電荷來源。
壓電效應源於具有反演對稱性的晶體材料中機械狀態和電狀態之間的線性機電相互作用。 這種效應是可逆的，這意味著表現出壓電效應的材料也會表現出反向壓電效應，或由於施加的電場而在內部產生機械應變。 例如，當鋯鈦酸鉛晶體的靜態結構從其原始尺寸發生變形時，會產生可測量的壓電性。 相反，當施加外部電場時，晶體可以改變其靜態尺寸，從而導致逆壓電效應和超聲波的產生。
法國物理學家皮埃爾和雅克居里於 1880 年發現了壓電效應。這種效應已被用於各種有用的應用，包括聲音的產生和檢測、壓電噴墨打印、高壓電的產生、時鐘發生器和電子設備如微量天平、驅動超聲波噴嘴和超精細聚焦光學組件。 它還構成了掃描探針顯微鏡的基礎，可以在原子尺度上解析圖像。 壓電還用於電子放大吉他的拾音器和現代電子鼓的觸發器。
18 世紀中葉，Carl Linnaeus 和 Franz Aepinus 首先研究了壓電效應，借鑒了 Rene Hauy 和 Antoine Cesar Becquerel 的知識，他們提出了機械應力和電荷之間的關係。 然而，實驗證明沒有定論。 結合熱釋電知識和對底層晶體結構的理解，這導致了對熱釋電的預測，以及預測晶體行為的能力。 電氣石、石英、黃玉、蔗糖和羅謝爾鹽等晶體的效果證明了這一點。 酒石酸鈉鉀四水合物和石英也表現出壓電性，利用壓電圓盤在變形時產生電壓。 這種效應在居里夫婦在蘇格蘭博物館的演示中被大大夸大了，展示了直接壓電效應。
皮埃爾和雅克居里兄弟繼續獲得壓電晶體中電彈性機械變形完全可逆性的定量證明。 幾十年來，壓電性一直是實驗室的好奇心，直到它成為皮埃爾和瑪麗居里發現釙和鐳的重要工具。 這項工作探索並定義了表現出壓電性的晶體結構，最終出版了 Woldemar Voigt 的 Lehrbuch der Kristallphysik（晶體物理學教科書）。
居里夫婦立即證實了逆效應的存在，並進而從數學上推導出逆效應的基本熱力學原理。 這是由加布里埃爾·李普曼 (Gabriel Lippmann) 於 1881 年完成的。然後，在第一次世界大戰期間，壓電被用於開發聲納。在法國，保羅·朗之萬 (Paul Langevin) 和他的同事開發了一種超聲波潛艇探測器。 該檢測器由一個由薄石英晶體製成的換能器和一個用於檢測返回回波的水聽器組成。 通過從換能器發射高頻脈衝並測量聽到聲波從物體反射迴聲所需的時間，他們可以計算出到物體的距離。
第二次世界大戰後，貝爾電話實驗室進一步開發了壓電晶體的使用。 在無線電電話工程部門工作的 Frederick R. Lack 開發了一種可以在很寬的溫度範圍內工作的切割晶體。 拉克的水晶不需要以前水晶的笨重配件，方便了它在飛機上的使用。 這一發展使盟軍空軍能夠使用航空無線電進行協調的大規模攻擊。 美國壓電設備和材料的發展使公司在該領域的戰時發展中保持領先地位，並有興趣為開發的新材料獲得有利可圖的專利。 石英晶體作為壓電材料被商業開發，科學家們也在尋找更高性能的材料。 儘管在材料和製造工藝方面取得了進步，但美國
加布里埃爾·李普曼
壓電是一種機電現象，其中電荷在某些固體材料中積累，例如晶體、陶瓷以及骨骼和 DNA 等生物物質。 它是具有反轉對稱性的材料中機械和電狀態之間相互作用的結果。 1880年，法國物理學家皮埃爾居里和雅克居里首先發現了壓電現象。
壓電已被開髮用於各種有用的應用，包括聲音的產生和檢測、壓電噴墨打印以及高壓電的產生。 壓電源自希臘語 πιέζειν (piezein)，意思是“擠壓或按壓”，ἤλεκτρον (ēlektron) 意思是“琥珀”，一種古老的電荷來源。
壓電效應是可逆的，這意味著表現出壓電性的材料也表現出逆壓電效應，其中機械應變的內部產生是由施加電場引起的。 例如，當鋯鈦酸鉛晶體的靜態結構從其原始尺寸發生變形時，會產生可測量的壓電性。 相反，當施加外部電場時，晶體可以改變其靜態尺寸，這一過程稱為逆壓電效應。 這個過程可以用來產生超聲波。
自 18 世紀中葉以來，人們就開始研究壓電效應，當時 Carl Linnaeus 和 Franz Aepinus 借鑒了 René Hauy 和 Antoine César Becquerel 的知識，提出了機械應力與電荷之間的關係。 然而，實驗證明沒有定論。 直到熱釋電的知識與對潛在晶體結構的理解相結合，產生了對熱釋電的預測，研究人員才能夠預測晶體行為。 電氣石、石英、黃玉、蔗糖和羅謝爾鹽等晶體的效果證明了這一點。
加布里埃爾·李普曼 (Gabriel Lippmann) 於 1881 年從數學上推導出逆壓電效應的基本熱力學原理。 居里夫婦立即證實了逆向效應的存在，並繼續獲得壓電晶體中電-彈性-機械變形完全可逆性的定量證明。
幾十年來，壓電性一直是實驗室的好奇心，直到它成為皮埃爾和瑪麗居里發現釙和鐳的重要工具。 他們探索和定義表現出壓電性的晶體結構的工作在 Woldemar Voigt 的 Lehrbuch der Kristallphysik（晶體物理學教科書）的出版中達到頂峰。 這描述了具有壓電性的天然晶體類，並通過張量分析嚴格定義了壓電常數。
壓電器件的實際應用始於第一次世界大戰期間聲納的發展。Paul Langevin 和他的同事開發了超聲波潛艇探測器。 該檢測器由一個由薄石英晶體製成的換能器和一個用於檢測返回回波的水聽器組成。 通過從換能器發射高頻脈衝並測量聽到聲波從物體反射回來的迴聲所需的時間，他們能夠計算出到物體的距離。 這種將壓電用於聲納的做法取得了成功，該項目引起了人們對壓電設備的強烈開發興趣。 幾十年來，人們探索和開發了新的壓電材料和這些材料的新應用。 壓電設備在各個領域都有用武之地，從簡化播放器設計並使便宜、準確的唱機更便宜且更易於製造的陶瓷留聲機盒，到開發可以輕鬆測量流體粘度和彈性的超聲波換能器和固體，導致材料研究取得巨大進步。 超聲波時域反射計將超聲波脈衝發送到材料中並測量反射和不連續性以發現鑄造金屬和石材內部的缺陷，從而提高結構安全性。
第二次世界大戰後，美國、俄羅斯和日本的獨立研究小組發現了一種稱為鐵電體的新型合成材料，其壓電常數比天然材料高十倍。 這導致了對鈦酸鋇和後來的鋯鈦酸鉛的深入研究，這些材料具有針對特定應用的特定性能。 開發了使用壓電晶體的重要示例
沃爾德瑪·福格特
壓電是一種機電現象，其中電荷在某些固體材料中積累，例如晶體、陶瓷以及骨骼和 DNA 等生物物質。 該電荷是響應施加的機械應力而產生的。 壓電一詞源自希臘語“piezein”，意思是“擠壓或按壓”，以及“elektron”，意思是“琥珀”，一種古老的電荷源。
壓電效應是由具有反演對稱性的晶體材料的機械狀態和電狀態之間的線性機電相互作用產生的。 這種效應是可逆的，這意味著表現出壓電性的材料也表現出逆壓電效應，其中機械應變的內部產生是由施加的電場引起的。 例如，當鋯鈦酸鉛晶體的靜態結構從其原始尺寸發生變形時，會產生可測量的壓電性。 相反，當施加外部電場時，晶體可以改變它們的靜態尺寸，這種現像被稱為逆壓電效應，用於產生超聲波。
法國物理學家皮埃爾和雅克居里於 1880 年發現了壓電現象。此後，壓電效應被用於各種有用的應用，包括聲音的產生和檢測、壓電噴墨打印、高壓電的產生、時鐘發生器和電子設備如微量天平和驅動超聲波噴嘴，用於光學組件的超精細聚焦。 它還構成了掃描探針顯微鏡的基礎，可以在原子尺度上解析圖像。 此外，電子擴音吉他中的拾音器和現代電子鼓中的觸發器都使用壓電效應。
壓電技術還在日常生活中用於產生火花，以點燃烹飪和加熱設備、手電筒、打火機等中的氣體。 18 世紀中葉，Carl Linnaeus 和 Franz Aepinus 研究了熱釋電效應，即材料響應溫度變化而產生電勢應力和電荷。 證明這種關係的實驗沒有定論。
蘇格蘭亨特博物館中居里補償器中壓電晶體的視圖是皮埃爾和雅克居里兄弟對直接壓電效應的展示。 將他們對熱電的知識與對潛在晶體結構的理解相結合，產生了對熱電的預測，這使他們能夠預測他們在電氣石、石英、黃玉、蔗糖和羅謝爾鹽等晶體的影響中展示的晶體行為. 酒石酸鈉鉀四水合物和石英也表現出壓電性，利用壓電圓盤在變形時產生電壓。 這種形狀的變化在居里夫婦的演示中被大大夸大了，他們繼續預測逆壓電效應。 加布里埃爾·李普曼 (Gabriel Lippmann) 於 1881 年根據基本熱力學原理從數學上推導出了相反的效果。
居里夫婦立即證實了逆向效應的存在，並繼續獲得壓電晶體中電-彈性-機械變形完全可逆性的定量證明。 在隨後的幾十年裡，壓電性一直是實驗室的好奇心，直到它成為皮埃爾·瑪麗·居里發現釙和鐳的重要工具，居里用它來探索和定義表現出壓電性的晶體結構。 這最終導致了 Woldemar Voigt 的 Lehrbuch der Kristallphysik（晶體物理學教科書）的出版，該書描述了具有壓電性的天然晶體類，並使用張量分析嚴格定義了壓電常數。
這導致了壓電設備的實際應用，例如在第一次世界大戰期間開發的聲納。在法國，Paul Langevin 和他的同事開發了超聲波潛艇探測器。 該檢測器由一個由薄石英晶體製成的換能器和一個水聽器組成，換能器由仔細粘在鋼板上的薄石英晶體製成，用於檢測從換能器發出高頻脈衝後返回的回波。 通過測量聽到聲波從物體反射回來的迴聲所花費的時間，他們可以計算出到物體的距離。 他們利用壓電效應使這種聲納獲得成功，該項目引起了強烈的發展和興趣。
重要關係
- 壓電致動器：壓電致動器是將電能轉換為機械運動的裝置。 它們通常用於機器人、醫療設備和其他需要精確運動控制的應用。
- 壓電傳感器：壓電傳感器用於測量壓力、加速度和振動等物理參數。 它們通常用於工業和醫療應用以及消費電子產品。
- 自然界中的壓電現象：壓電現像是某些材料中自然發生的現象，在許多生物體中都有發現。 它被一些生物體用來感知它們的環境並與其他生物體交流。
結論
壓電是一種驚人的現象，已被用於從聲納到留聲機盒的各種應用中。 自 1800 年代中期以來，人們就開始研究它，並在現代技術的發展中發揮了巨大作用。 這篇博文探討了壓電的歷史和用途，並強調了這種現像在現代技術發展中的重要性。 對於那些有興趣了解更多關於壓電的人來說，這篇文章是一個很好的起點。
我是 Joost Nusselder，Neaera 的創始人，也是一名內容營銷人員，父親，我熱愛以吉他為核心嘗試新設備，並與我的團隊一起，自 2020 年以來一直在撰寫深度博客文章幫助忠實的讀者獲得錄音和吉他技巧。
