چگونه با راه رفتن الکتریسیته تولید کنیم؟
" وقتی مواد پیزوالکتریک در معرض فشار مکانیکی قرار میگیرند ، بار الکتریکی تولید می کنند ؛ بنابراین با عبور از روی سطوح حاوی سنسور پیزوالکتریک ، انرژی الکتریکی تولید می شود "
برای شناخت مواد پیزوالکتریک باید به سال 1880 برگردیم که "برادران پیر و ژاک کیوری" در این راه پیشگام بودهاند . اثر پیزوالکتریک در برخی مواد طبیعی خاص مانند کوارتز ، تورمالین ، توپاز و نمک روچل وجود داشته و امروزه مواد پیزوالکتریک سنتزی مانند باریم تیتانات، سرب تیتانات و سرب زیرکونات تیتانات (PZT) نیز توسعه یافته اند.
" باریم تیتانات اولین پیزوسرامیک ساخته شده و PZT معروفترین سرامیک پیزوالکتریک است "
مواد پیزو الکتریک وقتی در معرض میدان الکتریکی قرار می گیرند ، مناسب با میدان ، اعمال کرنشی در آن ها ایجاد می شود ؛ بدین صورت بار الکتریکی تولید می کنند .
ریشه واژه "پیزو" به یونان باستان برگشته که به معنای هل دادن، تحت فشار قرار دادن و پرس کردن است.
پیزوالکتریک ها علاوه بر استفاده در فناوری های سطح بالا مانند فناوری پزشکی ، مهندسی مکانیک ، خودرو و فناوری نیمه هادی ها ، در " زندگی روزمره " نیز استفاده می شوند ؛ به عنوان مثال مولد ارتعاشات اولتراسونیک برای تمیز کردن عینک ، جواهرات و دندان (در پزشکی) به کار گرفته می شود .
استفاده از مواد پیزوالکتریک برای اندازه گیری
امواج فراصوت (اولتراسوند) ، صوت هایی با فرکانس های بالاتر از محدوده فرکانس شنوایی انسان (یعنی بالاتر از حدود 16 کیلوهرتز) هستند ؛ صنایع ، فناوری پزشکی و سایر مباحث تحقیقاتی از این محدوده فرکانس برای اهداف زیادی از جمله اندازه گیری فاصله ، تشخیص شی ، اندازه گیری سرعت جریان ، جوشکاری یا اتصال اولتراسونیک ، آزمایش کردن مواد با قدرت تشخیص بالا و تشخیص و درمان پزشکی استفاده می کنند.
" اجزای پیزو سرامیکی می توانند به عنوان مبدل اولتراسوند برای سنسورها استفاده شوند "
سنسور های اولتراسونیک ، پالس های صوتی با فرکانس بالاتر از آستانه شنوایی انسان را ساطع کرده و بدین صورت سیگنال های منعکس شده از اشیاء را دریافت می کنند. زمان ورود ، سیگنال های انعکاسی به صورت الکترونیکی پردازش شده و می توانند برای طیف گسترده ای از اندازه گیریها استفاده شوند.
همچنیناز سنسور های اولتراسونیک بر پایه پیزوالکتریک ، به عنوان سنسور کنترل فاصله در پارک ماشین و کنترل ضربان قلب نوزادان ، قبل از تولد استفاده می شود.
تولید امواج فراصوت با پیزوسرامیک ها
پیزو سرامیک ها می توانند برای تولید امواج فراصوت در محدوده فرکانس فراصوت قوی (20 تا 800 کیلوهرتز) به کار گرفته شده و در حوزه های مختلف تشخیصی و درمانی، جوشکاری و فرآوری مواد استفاده شوند.
اندازه گیری نیروها با مواد پیزوالکتریک
محور سنسور شتاب سنج پیزو الکتریک، دستگاهی متشکل از یک سرامیک پیزوالکتریک متصل به تودهای لرزان است ؛ در صورتی که سیستم تحت شتاب قرار بگیرد، این جرم ، تغییر شکل مکانیکی دیسک پیزو را افزایش داده و در نتیجه ولتاژ قابل اندازه گیری افزایش می یابد.
سنسور های شتاب پیزوالکتریک برای اندازه گیری نیروهای کششی، فشاری و برشی دینامیکی مناسب هستند . این سنسور ها می توانند با سختی بسیار بالا طراحی شده و نیروهای بسیار دینامیک را نیز اندازه گیری کنند.
علاوه بر این ، از قطعات پیزو در دتکتور های ارتعاشات استفاده می شود ؛ به عنوان مثال ، برای تشخیص عدم تعادل در قطعات چرخشی ماشین و یا در دتکتور های تصادف در خودرو.
اندازه گیری حجم مایعات و گازها با مواد پیزوالکتریک
پمپ های حاوی اجزای پیزوالکتریک میتوانند مقادیر کم مایع یا گاز را با دقت بالا (در محدوده چند صد میلی لیتر تا چند نانولیتر) پمپ کرده و اندازهگیری کنند.
اجزای پیزوالکتریک توانایی سازگاری کامل با هر کارکردی را دارد ؛ به عنوان مثال برای پمپ کردن محلول روی تراشه موبایل و یا در کاربردهای پرینتر سه بعدی.
پیزوالکتریک در پزشکی
اجزای پیزوالکتریکی که در شاخه های مختلف علوم پزشکی به کار گرفته میشوند ، باید سریع ، قابل اعتماد و کارآمد باشند. این اجزا روش های تشخیصی و درمانی را با حداقل تهاجم و بسیار دقیق فراهم می کنند.
پیزوالکتریک و تولید انرژی خود کفا
عناصر پیزوالکتریک می توانند برای تولید برق از منابعی از قبیل دمای محیط ، ارتعاشات یا جریان هوا استفاده کنند ؛ تغییر شکل مکانیکی یک بلور پیزوالکتریک با تنش یا فشار ، بار الکتریکی تولید می کند ، بنابراین انرژی لازم برای بارهای الکتریکی کوچک مانند سنسورها یا فرستنده های رادیویی فراهم می شود.
پیزوالکتریک ها انرژی حاصل از نوسانات یا شوک ها را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند، بنابراین:
" با به کارگیری لوازم الکترونیکی مناسب ، می توان یک سیستم تأمین انرژی خودکفایی را ایجاد کرد که بدون نیاز به هیچ گونه منبع تغذیه یا باتری و هزینه های تعمیر و نگهداری مرتبط ، کار کند "
در کنار موارد ذکر شده ، مواد پیزوالکتریک کاربردهای گوناگون دیگری در پرینتر ها، بلندگو ها، آلات موسیقی، میکروفون ها، صنایع دفاعی، راکت های تنیس و انواع سنسور ها را نیز دارند.
منابع :
1 - americanpiezo
2 - piceramic
