was ist piezoelektrisch? - Zibo Yuhai Electronic Ceramic Co., Ltd.

was ist piezoelektrisch?

Piezoelektrizität ist die elektrische Ladung, die sich in bestimmten festen Materialien (wie Kristallen, bestimmten Keramiken und biologischen Materialien wie Knochen, DNA und verschiedenen Proteinen) als Reaktion auf mechanische Belastung ansammelt. Das Wort Piezoelektrizität bedeutet Elektrizität, die aus Druck und latenter Wärme resultiert. Es leitet sich vom griechischen Wort πιέζειν ab; piezein, was drücken oder drücken bedeutet, und ἤλεκτρονēlektron, was Bernstein bedeutet, eine uralte Quelle elektrischer Ladung. Die französischen Physiker Jacques und Pierre Curie entdeckten 1880 die Piezoelektrizität.

Der piezoelektrische Effekt resultiert aus der linearen elektromechanischen Wechselwirkung zwischen den mechanischen und elektrischen Zuständen in kristallinen Materialien ohne Inversionssymmetrie. Der piezoelektrische Effekt ist ein reversibler Prozess: Materialien, die den piezoelektrischen Effekt (die innere Erzeugung elektrischer Ladung aufgrund einer angelegten mechanischen Kraft) aufweisen, zeigen auch den umgekehrten piezoelektrischen Effekt, die innere Erzeugung einer mechanischen Spannung, die aus einem angelegten elektrischen Feld resultiert. Blei-Zirkonat-Titanat-Kristalle erzeugen beispielsweise eine messbare Piezoelektrizität, wenn ihre statische Struktur um etwa 0,1% der ursprünglichen Abmessung verformt wird. Umgekehrt ändern dieselben Kristalle etwa 0,1% ihrer statischen Abmessungen, wenn ein externes elektrisches Feld an das Material angelegt wird. Der inverse piezoelektrische Effekt wird bei der Erzeugung von Ultraschallwellen genutzt.

Piezoelektrizität wird in einer Reihe nützlicher Anwendungen genutzt, wie z. B. der Erzeugung und Erkennung von Schall, piezoelektrischem Tintenstrahldruck, Erzeugung von Hochspannungen, elektronischer Frequenzerzeugung, Mikrowaagen, zum Antrieb einer Ultraschalldüse und ultrafeiner Fokussierung optischer Baugruppen. Es bildet die Grundlage für eine Reihe wissenschaftlicher Instrumentaltechniken mit atomarer Auflösung, die Rastersondenmikroskopie, wie STM, AFM, MTA und SNOM. Es findet auch alltägliche Verwendungen wie als Zündquelle für Zigarettenanzünder, Propan-Grills mit Push-Start, als Zeitreferenzquelle in Quarzuhren und in Verstärkungs-Pickups für einige Gitarren.

Piezoelektrische Materialien

Es gibt viele Materialien, sowohl natürliche als auch künstliche, die eine Reihe von piezoelektrischen Effekten aufweisen. Einige natürlich piezoelektrische Materialien sind Berlinit (strukturell identisch mit Quarz), Rohrzucker, Quarz, Rochelle-Salz, Topas, Turmalin und Knochen (trockener Knochen weist aufgrund der Apatitkristalle einige piezoelektrische Eigenschaften auf, und es wird allgemein angenommen, dass der piezoelektrische Effekt wirkt als biologischer Kraftsensor). Ein Beispiel für künstlich hergestellte piezoelektrische Materialien umfassen Bariumtitanat und Bleizirkonattitanat.

In den letzten Jahren gab es aufgrund der wachsenden Umweltbedenken hinsichtlich der Toxizität bleihaltiger Geräte und der RoHS-Richtlinie innerhalb der Europäischen Union einen Vorstoß zur Entwicklung bleifreier piezoelektrischer Materialien. Bis heute hat diese Initiative zur Entwicklung neuer bleifreier piezoelektrischer Materialien zu einer Vielzahl neuer piezoelektrischer Materialien geführt, die umweltfreundlicher sind.