Piezoelektrický jev

Technology

12 hours ago

Author

Albert Flores

Piezoelektrický jev je jev, který spočívá v tvorbě a ukládání elektrických nábojů v pevné látkové látky vyvolané mechanickou deformací nebo napětím, které na ni působí vnější síla. Látky, které vykazují piezoelektrický jev, se nazývají piezoelektrické materiály. Tyto materiály mají specifickou strukturu, která umožňuje vytváření elektrických nábojů při působení mechanické síly. Piezoelektrický jev se využívá v různých technologických aplikacích, jako je například výroba piezoelektrických senzorů, ultrazvukového zobrazování nebo piezoelektrických aktuátorů. Tato technologie má široké využití v medicíně, průmyslu a dalších oborech. Piezoelektrické materiály jsou také využívány v akustických a elektronických zařízeních, jako jsou reproduktory či sonary. V současnosti se vědci zabývají využitím piezoelektrického jevu ve výrobě elektrické energie, což by mohlo vést k novým způsobům získávání elektřiny.

Piezoelektrický jev (z řeckého piezein (πιέζειν) - tlačit) je schopnost krystalu generovat elektrické napětí při jeho deformování. Může se vyskytovat pouze u krystalů, které nemají střed symetrie. Nejznámější piezoelektrickou látkou je monokrystalický křemen, křišťál. Poprvé byl piezoelektrický jev pozorován u Seignettovy soli (tetrahydrát vinanu draselno-sodného). Opačný jev, kdy se krystal ve vnějším elektrickém poli deformuje se nazývá nepřímý piezoelektrický jev. Další jev zvaný elektrostrikce, ačkoliv je nepřímému piezoelektrickému jevu podobný, jedná se o proces samostatný.

Vznik piezoelektrického jevu

Mechanismus vzniku elektrické polarizace při deformaci

Jev lze vysvětlit mikroskopicky: Deformací se ionty opačných nábojů posunou v krystalové mřížce tak, že elektrická těžiště záporných a kladných iontů, která se v nezdeformovaném krystalu nacházejí ve stejném bodě, se od sebe vzdálí. Na určitých plochách krystalu se objeví elektrický náboj.

Při obráceném piezoelektrickém jevu, dochází pod vlivem elektrického pole k deformaci. Míru deformace krystalu konkrétní látky popisuje piezoelektrická konstanta.

Piezolektrickému jevu je podobný jev elektrostrikce. Elektrostrikční jev se však na rozdíl od jevu piezoelektrického projevuje ve všech dielektrických materíálech (dielektrikum) a se změnou znaménka elektrického pole při něm nedochází ke změně směru deformace.

S deformací krystalické mřížky působením vnější síly souvisí i změna měrného elektrického odporu. Tento je označován jako piezorezistivní jev.

Při vysokých teplotách dochází u jakéhokoliv materiálu ke ztrátě piezoelektrických vlastností, protože je narušeno uspořádání iontů. K této změně dochází skokově, podobně jako ke změně skupenství. +more (Viz fázový přechod. ) Přechodová teplota je charakteristická pro daný materiál a nazývá se Curieova teplota.

Využití piezoelektrického jevu

Obvykle se udává, že piezoelektrický jev byl objeven v letech 1880 (Pierre a Jacques Curie).

Přímý piezoelektrický jev se využívá např. u zapalovačů, v gramofonových přenoskách, v piezoelektrických mikrofonech. +more Piezorezistivní jev je využíván například v polovodičových tenzometrech.

Využití obráceného piezoelektrického jevu je založeno na působení elektrického pole na krystal. Je-li pole časově periodicky proměnné s kmitočtem, který odpovídá kmitočtu vlastních elastických kmitů krystalu, vzniká mechanická rezonance.

Přímý i obrácený (nepřímý) piezoelektrický jev se využívá například v lékařských sonografech, generujících ultrazvuk. Velmi rozsáhlé možnosti využití pizoelektrického jevu zajistila také oblast digitálních tiskáren. +more U těchto se momentálně využívá tzv. termo principu (hlavním zástupcem je společnost HP) a právě piezo (Epson). Výhodou piezoelektrické technologie je fakt, že u ní nedochází k zahřívání inkoustu a proto lze tisknout i velmi agresivními médii, jakými jsou solventní (ředidlové) inkousty, UV inkousty (k jejich vytvrzení dochází až po dopadu na tiskové médium pomocí UV záření) a nebo například inkousty, u kterých by při zahřátí v tiskové hlavě došlo k degradaci - sublimační inkousty.

Další aplikace

Princip aktivního sonaru. +more Sonar byl vyvinut v první světové válce jako jedna z prvních piezoaplikací, pro detekci objektů v moři.

SONAR, angl.SOund Navigation And Ranging (zvuková navigace a zaměřování) je obdobou: * RADARu (RAdio Detection And Ranging) nebo - * LIDARu (Laser lluminated Detection And Ranging)

Sonar využívají například

* netopýři (echolokace) * ponorky, protože rádiové vlny mají pod vodou výrazně menší dosah než na souši Uspořádání vstupního a výstupního měniče pro povrchovou akustickou vlnu. +more * zdravotníci - neinvazivní prohlížení orgánů, plodu atp.

Povrchová akustická vlna je základem součástek s povrchovou akustickou vlnou, které využívají generování a detekci povrchové akustické vlny na piezoelektrickém substrátu. Tyto součástky mají řadu aplikací (filtry, rezonátory atp. +more).