Ποιο είναι το πιεζοηλεκτρικό αποτέλεσμα;

Το πιεζοηλεκτρικό αποτέλεσμα είναι μια μοναδική ιδιότητα ορισμένων κρυστάλλων όπου θα δημιουργήσουν ένα ηλεκτρικό πεδίο ή ρεύμα εάν υποβληθεί σε φυσική πίεση.Το ίδιο αποτέλεσμα μπορεί επίσης να παρατηρηθεί στο αντίστροφο, όπου ένα επιβαλλόμενο ηλεκτρικό πεδίο στον κρύσταλλο θα δώσει πίεση στη δομή του.Το πιεζοηλεκτρικό αποτέλεσμα είναι απαραίτητο για τους μετατροπείς, οι οποίοι είναι ηλεκτρικά εξαρτήματα που χρησιμοποιούνται σε μια ευρεία ποικιλία εφαρμογών αισθητήρων και κυκλωμάτων.Παρά την ευελιξία του φαινομένου για εφαρμογές σε ηλεκτρο-μηχανικές συσκευές, ανακαλύφθηκε το 1880, αλλά δεν βρήκε ευρεία χρήση μέχρι περίπου μισό αιώνα αργότερα.Οι τύποι κρυσταλλικών δομών που παρουσιάζουν το πιεζοηλεκτρικό αποτέλεσμα περιλαμβάνουν το χαλαζία, το topaz και το άλας Rochelle, το οποίο είναι ένας τύπος άλατος καλίου με τον χημικό τύπο του Knac ₄ H ₄ o ₆ 4h ₂ O.

Ο Pierre Curie, ο οποίος είναι διάσημος για τη νίκη του βραβείου Νόμπελ του 1903 στη φυσική για την έρευνα σε ακτινοβολία με τη σύζυγό του Marie, πιστώνεται με την ανακάλυψη του πιεζοηλεκτρικού αποτελέσματος με τον αδελφό του Jacques Curie το 1880. Οι αδελφοί δεν ανακαλύφθηκαν τότε το αντίστροφο πιεζοηλεκτρικό αποτέλεσμα, ωστόσο, όπου η ηλεκτρική ενέργεια παραμορφώνει τους κρυστάλλους.Ο Gabriel Lippmann, ένας φυσικός Franco-Luxembourgish, πιστώνεται με την ανακάλυψη αντίστροφης επίδρασης το επόμενο έτος, γεγονός που οδήγησε στην εφεύρεση του Lippmann Electrometer το 1883, μια συσκευή στο επίκεντρο της λειτουργίας της πρώτης πειραματικής ηλεκτροκαρδιογραφίας (ECG).

Τα πιεζοηλεκτρικά αποτελέσματα έχουν τη μοναδική ιδιότητα που συχνά αναπτύσσουν χιλιάδες βολτ διαφοράς δυναμικού ηλεκτρικής ενέργειας με πολύ χαμηλά επίπεδα ρεύματος.Αυτό κάνει ακόμη και μικροσκοπικά πιεζοηλεκτρικά κρυστάλλους χρήσιμα αντικείμενα για τη δημιουργία σπινθήρων σε εξοπλισμό ανάφλεξης, όπως φούρνοι αερίου.Άλλες κοινές χρήσεις για πιεζοηλεκτρικούς κρυστάλλους περιλαμβάνουν τον έλεγχο των ακριβών κινήσεων σε μικροσκόπια, εκτυπωτές και ηλεκτρονικά ρολόγια.

Η διαδικασία με την οποία λαμβάνει χώρα το πιεζοηλεκτρικό αποτέλεσμα βασίζεται στη θεμελιώδη δομή ενός κρυσταλλικού πλέγματος.Οι κρύσταλλοι έχουν γενικά ισορροπία φορτίου όπου τα αρνητικά και θετικά φορτία ακυρώνονται με ακρίβεια μεταξύ τους κατά μήκος των άκαμπτων επιπέδων του κρυσταλλικού πλέγματος.Όταν αυτό το υπόλοιπο φορτίου διαταράσσεται εφαρμόζοντας φυσική πίεση σε έναν κρύσταλλο, η ενέργεια μεταφέρεται από φορείς ηλεκτρικού φορτίου, δημιουργώντας ένα ρεύμα στον κρύσταλλο.Με το αντίστροφο πιεζοηλεκτρικό αποτέλεσμα, η εφαρμογή ενός εξωτερικού ηλεκτρικού πεδίου στον κρύσταλλο θα εξισορροπήσει την κατάσταση ουδέτερου φορτίου, η οποία έχει ως αποτέλεσμα τη μηχανική τάση και την ελαφριά αναπροσαρμογή της δομής του πλέγματος.Τα πάντα, από τα ρολόγια χαλαζία μέχρι τους ανιχνευτές θερμοσίφωνας, τις φορητές σχάρες και ακόμη και μερικούς φορητούς αναπτήρες.Στους εκτυπωτές υπολογιστών, οι μικροσκοπικοί κρύσταλλοι χρησιμοποιούνται στα ακροφύσια των μελανιών για να εμποδίσουν τη ροή μελάνης.Όταν ένα ρεύμα εφαρμόζεται σε αυτά, παραμορφώνονται, επιτρέποντας στο μελάνι να ρέει σε χαρτί σε προσεκτικά ελεγχόμενους όγκους για την παραγωγή κειμένου και εικόνων.

Το πιεζοηλεκτρικό αποτέλεσμα μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία ήχου για μινιατούρα ηχεία σε ρολόγια και σε ηχητικούς μετατροπείςγια τη μέτρηση των αποστάσεων μεταξύ αντικειμένων όπως για τους ανιχνευτές των σπουδών στο εμπόριο κατασκευής.Οι υπερηχητικοί μετατροπείς βασίζονται επίσης σε πιεζοηλεκτρικούς κρυστάλλους καθώς και σε πολλά μικρόφωνα.Από το 2011, χρησιμοποιούν κρυστάλλους κατασκευασμένους από τιτανικό βάριο, τιτανικό μολύβδου ή ζιρκονικό μολύβδου, οι οποίοι παράγουν χαμηλότερες τάσεις από το άλας Rochelle, το οποίο ήταν το πρότυπο κρύσταλλο στις πρώιμες μορφές αυτών των τεχνολογιών.

Μία από τις πιο προηγμένες μορφές τεχνολογίας για την αξιοποίηση του πιεζοηλεκτρικού αποτελέσματος από το 2011 είναι αυτή του μικροσκοπίου σήραγγας σάρωσης (STM) που χρησιμοποιείται για να εξετάσει οπτικά τη δομή των ατόμων και των μικρών μορίων.Το STM είναι ένα θεμελιώδες εργαλείο στον τομέα της νανοτεχνολογίας.Οι πιεζοηλεκτρικοί κρύσταλλοι που χρησιμοποιούνται σε STMs είναι σε θέση να δημιουργήσουν μετρήσιμη κίνηση στην κλίμακα μόνο ενός FEw νανόμετρα ή δισεκατομμύρια ενός μετρητή.