Piezoelektro
Piezoelektro (ankaŭ piezoelektreco, piezoelektra efiko) estas tiu fizika fenomeno, kiam aperas pozitivaj kaj negativaj elektraj ŝargoj sur ambaŭ flankoj de kelkaj nekonduka kristalo, je efiko de meĥanika premo. Oni eluzas tiun fenomenon en multaj ĉiutagaj iloj kiel ekz. en mikrofono, sonkaptiloj de la gramofonoj kaj ondofiltriloj de la telefonaparatoj.
La vorto originas de la greka lingvo: πιέζειν piezein‚ premi, apogi kaj ἤλεκτρον elektron, sukceno.
Piezo estas la unuo de premo, egala al la unuforma premo sur kvadratmetra ebenaĵo de unutuna forto; ĝi egalas al 10³ paskaloj.
La funkcio
[redakti | redakti fonton]La meĥanika premo polarizas la elektre neŭtralajn kristalojn, ĉar tio forŝovas unu de la alia la centron de la pozitivaj kaj negativaj ŝargoj. Tiel aperas samgranda, sed kontraŭaj ŝargoj en kontraŭaj flankoj de la kristalo.
Tiu disiĝo de la ŝargoj aperas kiel potencialdiferenco (tensio), kiu estas mezurebla. La efiko funkcias eĉ inverse. La kristalo deformiĝas, estiĝas meĥanikaj osciladoj je efiko de ŝanĝiĝanta elektra kampo.
Historio
[redakti | redakti fonton]La fenomenon de la piezoelektra efiko malkovris en 1880 la francaj Pierre kaj Paul-Jacques Curie. Ili rimarkis post unu jaro eĉ la inversan efikon de la piezoelektra efiko.
Oni uzis la inversan piezoelektran efikon dum la unua mondmilito en simplaj, frutempaj submarŝip-sensaj sonaroj (ili estigis sonojn per tio). Oni uzis la efikon poste kiel frekvenco-reguligilo en komunikiloj.
Dum la dua mondmilito, oni pretigis el piezoelektra kristalo la eksplodilon de la aeraj bomboj. Kiam la bombopinto tuŝis la grundon, la kristalo estigis fajreron kaj tio eksplodigis la eksplodaĵon.
Postaj uzoj estas en elektraj aparatoj, mezuriloj, mikrofonoj ks.
Tipoj de la piezoelektra materialo
[redakti | redakti fonton]Multaj materialoj montras piezoelektron. Ekzemploj inkluzivas:
Kristalaj materialoj
[redakti | redakti fonton]- Langasito (La3Ga5SiO14) - kvarc-analoga kristalo
- Galiuma ortofosfato (GaPO4) - kvarc-analoga kristalo
- Litia niobato (LiNbO3)
- Litia tantalato (LiTaO3)
- Kvarco
- Berlinito (AlPO4) - malofta fosfata mineralo, kiu estas strukture identa al kvarco
- Rochelle-salo
- Topazo - piezoelektro en topazo verŝajne povas esti atribuita al la ordigo de la (F,OH) en ĝia krado, kiu alie estas centrosimetria: ortoromba bipiramida (mmm). Topazo havas anomaliajn optikajn ecojn, kiuj estas atribuitaj al tia ordigo.[1]
- Turmalinaj mineraloj
- Plumba titanato (PbTiO3) - kvankam ĝi troviĝas en la naturo kiel mineralo macedonito,[2][3] ĝi estas sintezita por esplorado kaj aplikoj.
Ceramikaĵoj
[redakti | redakti fonton]Ceramikaĵoj kun hazarde orientitaj grajnoj devas esti feroelektraj por montri piezoelektron.[4]
- Plumba zirkonata titanato (Pb[ZrxTi1−x]O3 kun 0 ≤ x ≤ 1) – pli ofte konata kiel PZT, la plej ofta piezoelektra ceramikaĵo uzata hodiaŭ.
- Kalia niobato (KNbO3)[5]
- Natria volframato (Na2WO3)
- Ba2NaNb5O5
- Pb2KNb5O15
- Zinka oksido (ZnO) – Wurzita strukturo. Dum unuopaj kristaloj de ZnO estas piezoelektraj kaj piroelektraj, polikristala (ceramika) ZnO kun hazarde orientitaj grajnoj montras nek piezoelektran nek piroelektran efikon. Ne estante feroelektra, polikristala ZnO ne povas esti polarigita kiel baria titanato aŭ PZT. Ceramikaĵoj kaj polikristalaj maldikaj filmoj de ZnO povas montri makroskopan piezoelektron kaj piroelektron nur se ili estas teksturitaj (grajnoj estas preferate orientitaj), tiel ke la piezoelektraj kaj piroelektraj respondoj de ĉiuj individuaj grajnoj ne nuliĝas. Ĉi tio estas facile plenumata en polikristalaj maldikaj filmoj.[6][7]
Senplumbaj piezoceramikaĵoj
[redakti | redakti fonton]- Natria kalia niobato ((K,Na)NbO3). Ĉi tiu materialo ankaŭ konatas kiel NKN aŭ KNN. Certaj komponaĵoj de ĉi tiu materialo montriĝis reteni altan mekanikan kvalitfaktoron (Qm ≈ 900) kun kreskantaj vibradniveloj, dum la mekanika kvalitfaktoro de malmola PZT degradas en tiaj kondiĉoj. Ĉi tiu fakto igas NKN promesplena anstataŭaĵo por altpotencaj resonancaj aplikoj, kiel ekzemple piezoelektraj transformiloj.[8]
- Bismuta ferito (BiFeO3) - promesplena kandidato por la anstataŭaĵo de plumbbazitaj ceramikaĵoj.
- Natria niobato (NaNbO3)
- Baria titanato (BaTiO3) - Baria titanato estis la unua piezoelektra ceramikaĵo malkovrita.
- Bismuta titanato (Bi4Ti3O12)
- Natria bismuta titanato (NaBi(TiO3)2)
Vidu ankaŭ
[redakti | redakti fonton]Fontoj
[redakti | redakti fonton]Referencoj
[redakti | redakti fonton]- ↑ Akizuki, Mizuhiko; Hampar, Martin S.; Zussman, Jack (1979). "Klarigo pri anomaliaj optikaj ecoj de topazo". Mineralogical Magazine. 43 (326): 237–241. Bibcode:1979MinM...43..237A. doi:10.1180/minmag.1979.043.326.05.
- ↑ Radusinović, Dušan & Markov, Cvetko (1971). "Macedonito - plumbotitanato: nova mineralo" (PDF). Amerika Mineralogo. 56: 387–394. Arkivita (PDF) el la originalo je 2016-03-05.
- ↑ Burke, E. A. J.; Kieft, C. (1971). "Dua apero de makedonito, PbTiO3, Långban, Svedio". Lithos. 4 (2): 101–104. Bibcode:1971Litho...4..101B. doi:10.1016/0024-4937(71)90102-2.
- ↑ Jaffe, B.; Cook, W. R.; Jaffe, H. (1971). Piezoelektra Ceramikaĵo. Novjorko: Akademia.
- ↑ Ganeshkumar, Rajasekaran; Somnath, Suhas; Cheah, Chin Wei; Jesse, Stephen; Kalinin, Sergei V.; Zhao, Rong (2017-12-06). "Malkodado de Ŝajna Feroelektro en Perovskitaj Nanofibroj". ACS Applied Materials & Interfaces. 9 (48): 42131–42138. doi:10.1021/acsami.7b14257. PMID 29130311.
- ↑ Damjanovic, Dragan (1998). "Feroelektraj, dielektraj kaj piezoelektraj ecoj de feroelektraj maldikaj filmoj kaj ceramikaĵoj". Raportoj pri Progreso en Fiziko. 61 (9): 1267–1324. Bibcode:1998RPPh...61.1267D. doi:10.1088/0034-4885/61/9/002.
- ↑ Chin Trento, Stanford Advanced Materials, Pli Proksima Rigardo al Piezoelektra Kristalo, Prenita la 8an de marto 2025.
- ↑ Gurdal, Erkan A.; Ural, Seyit O.; Park, Hwi-Yeol; Nahm, Sahn; Uchino, Kenji (2011). "High Power (Na0.5K0.5)NbO3-Based Lead-Free Piezoelectric Transformer". Japanese Journal of Applied Physics. 50 (2): 027101. Bibcode:2011JaJAP..50b7101G. doi:10.1143/JJAP.50.027101.