압전 재료는 무엇입니까?

담배 라이터를 사용했거나 병원에서 의료용 초음파를 경험했거나 가스 버너를 켠 적이 있다면 압전을 사용한 것입니다.

​압전 재료는 적용된 기계적 응력에서 내부 전하를 생성 할 수있는 재료입니다.용어피에조"푸시"의 그리스어입니다.

자연에서 자연적으로 발생하는 여러 물질이 압전 효과를 나타냅니다. 여기에는 다음이 포함됩니다.

• 뼈
• 크리스탈
• 특정 도자기
• DNA
• 에나멜
• 실크
• 상아질 및 기타.

압전 효과를 나타내는 재료는 또한 역 압전 효과 (역 또는 역 압전 효과라고도 함)를 나타냅니다. 그만큼역 압전 효과인가 된 전기장에 반응하여 내부적으로 발생하는 기계적 변형입니다.

결정은 압전성에 대한 초기 실험에 사용 된 최초의 재료였습니다. Curie 형제 인 Pierre와 Jacques는 1880 년에 직접 압전 효과를 처음으로 입증했습니다. 형제들은 결정 구조와 초전 재료 (온도 변화에 반응하여 전하를 생성하는 재료)에 대한 작업 지식을 확장했습니다.

그들은 다음과 같은 특정 결정의 표면 전하를 측정했습니다.

• 지팡이 설탕
  
• 전기석
• 석영
• 황옥
• 로셸 염 (소듐 포타슘 타르트 레이트 4 수화물)

Quartz와 Rochelle 소금은 가장 높은 압전 효과를 보여주었습니다.

그러나 Curie 형제는 역 압전 효과를 예측하지 않았습니다. 역 압전 효과는 1881 년 Gabriel Lippmann에 의해 수학적으로 추론되었습니다. Curies는 그 효과를 확인하고 압전 결정의 전기적, 탄 성적 및 기계적 변형의 가역성에 대한 정량적 증거를 제공했습니다.

1910 년까지 압전이 발생하는 20 개의 천연 크리스탈 클래스가 완전히 정의되어 Woldemar Voigt의Lehrbuch Der Kristallphysik. 그러나 그것은 눈에 띄는 기술적 또는 상업적 응용 없이는 모호하고 고도로 기술적 인 물리학 분야로 남아있었습니다.

​제 1 차 세계 대전 :압전 재료의 첫 번째 기술 적용은 제 1 차 세계 대전 중에 만들어진 초음파 잠수함 탐지기였습니다. 검출기 플레이트는 변환기 (한 유형의 에너지에서 다른 유형으로 변환하는 장치)와 수중 청음기라고하는 감지기 유형으로 만들어졌습니다. 트랜스 듀서는 두 개의 강판 사이에 접착 된 얇은 수정으로 만들어졌습니다.

전쟁 중 초음파 잠수함 탐지기의 놀라운 성공은 압전 장치의 강력한 기술 개발을 자극했습니다. 1 차 세계 대전 이후 축음기 카트리지에 압전 세라믹이 사용되었습니다.

​제 2 차 세계 대전 :일본, 소련 및 미국의 독자적인 연구로 인해 제 2 차 세계 대전 중에 압전 재료의 응용이 크게 발전했습니다.

특히 결정 구조와 결정의 관계에 대한 이해의 발전 다른 연구 개발과 함께 전기 기계 활동은 압전으로 접근 방식을 전환했습니다. 전적으로 기술. 처음으로 엔지니어는 특정 장치 애플리케이션을위한 압전 재료를 조작 할 수 있었으며 재료의 특성을 관찰 한 다음 관찰 된 속성.

이 개발은 초 고감도 마이크, 강력한 소나 장치, 소노부이 (소형)와 같은 압전 재료의 전쟁 관련 응용 프로그램을 많이 만들었습니다. 해양 선박의 움직임을 모니터링하기위한 수중 청음 및 무선 전송 기능이있는 부표) 및 단일 실린더 용 피에조 점화 시스템 점화.

위에서 언급했듯이 압전성은 압착, 굽힘 또는 비틀림과 같은 응력이 가해지면 전기를 생성하는 물질의 특성입니다.

스트레스를 받으면 압전 결정이 분극을 생성하고피, 생성 한 스트레스에 비례합니다.

그만큼압전의 주요 방정식은​

어디디압전 계수는 각 유형의 압전 재료에 고유 한 요소입니다. 석영의 압전 계수는 3 × 10입니다.^-12. 납 지르 코 네이트 티타 네이트 (PZT)의 압전 계수는 3 × 10입니다.^-10.

결정 격자에서 이온의 작은 변위는 압전에서 관찰되는 분극을 생성합니다. 이것은 대칭 중심이없는 결정에서만 발생합니다.

다음은 사용에 대한 간략한 설명과 함께 압전 결정의 비 포괄적 목록입니다. 나중에 가장 자주 사용되는 압전 재료의 몇 가지 특정 응용 분야에 대해 논의 할 것입니다.

​자연적으로 발생하는 결정 :​

• 석영. 무선 송신기 용 시계 크리스탈 및 주파수 기준 크리스탈에 사용되는 안정적인 크리스탈입니다.
• 자당 (설탕)
• 로셸 소금. 압축으로 큰 전압을 생성합니다. 초기 크리스탈 마이크에 사용됩니다.
• 황옥
• 전기석
• Berlinite (AlPO₄). 석영과 구조적으로 동일한 희귀 인산염 광물.

​인공 수정 :​

• 갈륨 오르토 인산염 (GaPO₄), 석영 아날로그.
• 랑가 사이트 (La₃Ga₅SiO₁₄), 석영 아날로그.

​압전 세라믹 :​

• 티탄산 바륨 (BaTiO₃). 최초의 압전 세라믹이 발견되었습니다.
• 티탄산 납 (PbTiO₃)
• 납 지르 코 네이트 티타 네이트 (PZT). 현재 가장 일반적으로 사용되는 압전 세라믹입니다.
• 니오브 산 칼륨 (KNbO₃)
• 니오브 산 리튬 (LiNbO₃)
• 리튬 탄탈 레이트 (LiTaO₃)
• 텅스텐 산 나트륨 (Na₂WO₄)

​무연 피에조 세라믹 :​

납에 대한 유해한 환경 노출에 대한 우려에 대응하여 다음 자료가 개발되었습니다.

• 니오브 산 칼륨 (NaKNb). 이 재료는 PZT와 유사한 특성을 가지고 있습니다.
• 비스무트 페라이트 (BiFeO₃)
• 니오브 산 나트륨 (NaNbO₃)

​생물학적 압전 재료 :​

• 건
• 목재
• 실크
• 에나멜
• 상아질
• 콜라겐

​압전 폴리머 :Piezopolymer는 가볍고 크기가 작기 때문에 기술 응용 분야에서 인기가 높아지고 있습니다.

폴리 비닐 리덴 플루오 라이드 (PVDF)는 석영보다 몇 배 더 큰 압전성을 보여줍니다. 의료 봉합 및 의료용 섬유와 같은 의료 분야에서 자주 사용됩니다.

압전 재료는 다음을 포함한 여러 산업에서 사용됩니다.

• 조작
• 의료 기기
• 통신
• 자동차
• 정보 기술 (IT)

​고전압 전원 :​

• 전기 담배 라이터. 라이터의 버튼을 누르면 버튼이 작은 스프링 식 해머가 압전 크리스탈, 틈새를 가로 질러 흐르는 고전압 전류를 생성하여 가열하고 점화합니다. 가스.
• 가스 그릴 또는 스토브 및 가스 버너. 이것들은 라이터와 유사하게 작동하지만 더 큰 규모로 작동합니다.
• 압전 변압기. 이것은 냉 음극 형광등에서 AC 전압 배율기로 사용됩니다.

초음파 변환기는 일상적인 의료 영상에 사용됩니다. ㅏ변환기센서와 액추에이터 역할을하는 압전 장치입니다.초음파 변환기전기 신호를 기계적 진동으로 변환하는 압전 소자를 포함합니다 (전송 모드 또는 액추에이터 구성 요소) 및 기계적 진동을 전기 신호로 변환 (수신 모드 또는 센서 구성 요소).

압전 소자는 일반적으로 초음파 변환기의 원하는 파장의 1/2로 절단됩니다.

다른 유형의 압전 센서는 다음과 같습니다.

• 압전 마이크.
• 어쿠스틱 일렉트릭 기타 용 압전 픽업.
• 음파 탐지기. 음파는 압전 소자에 의해 생성되고 감지됩니다.
• 전자 드럼 패드. 요소는 드러머의 스틱이 패드에 미치는 영향을 감지합니다.
• 의료 가속 근육 검사. 이것은 사람이 마취 상태에 있고 근육 이완제를 투여 받았을 때 사용됩니다. 가속도계의 압전 소자는 신경 자극 후 근육에서 생성되는 힘을 감지합니다.

압전 액추에이터의 가장 큰 유틸리티 중 하나는 높은 전기장 전압이 압전 크리스탈의 폭이 미세한 마이크로 미터 변화에 해당한다는 것입니다. 이러한 미세 거리는 다음 장치에서와 같이 물체의 작고 정확한 위치 지정이 필요할 때 압전 크리스탈을 액추에이터로 유용하게 만듭니다.

• 확성기
• 압전 모터
• 레이저 전자
• 잉크젯 프린터 (크리스탈로 인해 프린트 헤드에서 용지로 잉크가 배출됨)
• 디젤 엔진
• X- 레이 셔터

스마트 재료는 다음과 같이 제어 된 방법으로 특성을 변경할 수있는 광범위한 재료 클래스입니다. pH, 온도, 화학 물질, 적용된 자기장 또는 전기장과 같은 외부 자극, 또는 스트레스.스마트 소재는 지능형 기능성 소재라고도합니다.​

압전 재료는인가 된 전압이 압전 재료, 반대로 외부 응력을 가하면 전기가 재료.

추가 스마트 재료에는 형상 기억 합금, 할로겐화 색성 재료, 자기 열량 재료, 온도 반응성 폴리머, 광전지 재료 등이 포함됩니다.