wat is piëzo-elektrisch? - Zibo Yuhai Electronic Ceramic Co., Ltd.

wat is piëzo-elektrisch?

Piëzo-elektriciteit is de elektrische lading die zich ophoopt in bepaalde vaste materialen (zoals kristallen, bepaalde keramiek en biologische materie zoals bot, DNA en verschillende eiwitten) als reactie op uitgeoefende mechanische stress. Het woord piëzo-elektriciteit betekent elektriciteit die ontstaat door druk en latente warmte. Het is afgeleid van het Griekse woord πιέζειν; piezein, wat drukken of persen betekent, en ἤλεκτρονēlektron, wat barnsteen betekent, een oude bron van elektrische lading. De Franse natuurkundigen Jacques en Pierre Curie ontdekten piëzo-elektriciteit in 1880.

Het piëzo-elektrische effect is het resultaat van de lineaire elektromechanische interactie tussen de mechanische en elektrische toestanden in kristallijne materialen zonder inversiesymmetrie. Het piëzo-elektrisch effect is een omkeerbaar proces: materialen die het piëzo-elektrische effect vertonen (de interne opwekking van elektrische lading als gevolg van een uitgeoefende mechanische kracht) vertonen ook het omgekeerde piëzo-elektrisch effect, de interne opwekking van een mechanische spanning als gevolg van een aangelegd elektrisch veld. Loodzirkonaattitanaatkristallen zullen bijvoorbeeld meetbare piëzo-elektriciteit genereren wanneer hun statische structuur wordt vervormd met ongeveer 0,1% van de oorspronkelijke afmeting. Omgekeerd zullen diezelfde kristallen ongeveer 0,1% van hun statische dimensie veranderen wanneer een extern elektrisch veld op het materiaal wordt toegepast. Het inverse piëzo-elektrische effect wordt gebruikt bij de productie van ultrasone geluidsgolven.

Piëzo-elektriciteit wordt benut in een aantal nuttige toepassingen, zoals de productie en detectie van geluid, piëzo-elektrisch inkjetprinten, het genereren van hoge spanningen, het genereren van elektronische frequenties, microbalansen, om een ultrasoon mondstuk aan te drijven en ultrafijne focussering van optische assemblages. Het vormt de basis voor een aantal wetenschappelijke instrumentele technieken met atomaire resolutie, de scanning probe microscopie, zoals STM, AFM, MTA en SNOM. Het wordt ook dagelijks gebruikt, zoals het fungeren als ontstekingsbron voor sigarettenaanstekers, propaanbarbecues met push-start, gebruikt als tijdreferentiebron in kwartshorloges en in versterkingselementen voor sommige gitaren.

Piëzo-elektrische materialen

Er zijn veel materialen, zowel natuurlijk als door de mens gemaakt, die een reeks piëzo-elektrische effecten vertonen. Sommige van nature piëzo-elektrisch voorkomende materialen omvatten Berliniet (structureel identiek aan kwarts), rietsuiker, kwarts, Rochelle-zout, topaas, toermalijn en bot (droog bot vertoont enkele piëzo-elektrische eigenschappen vanwege de apatietkristallen, en over het algemeen wordt aangenomen dat het piëzo-elektrische effect werkt als biologische krachtsensor). Een voorbeeld van door de mens gemaakte piëzo-elektrische materialen omvat bariumtitanaat en loodzirkonaattitanaat.

In de afgelopen jaren is er een druk geweest om loodvrije piëzo-elektrische materialen te ontwikkelen, vanwege de groeiende bezorgdheid over het milieu met betrekking tot toxiciteit in loodhoudende apparaten en de RoHS-richtlijn die binnen de Europese Unie wordt gevolgd. Tot op heden heeft dit initiatief om nieuwe loodvrije piëzo-elektrische materialen te ontwikkelen geresulteerd in een verscheidenheid aan nieuwe piëzo-elektrische materialen die milieuvriendelijker zijn.