تبلیغات

رفتار پیزوالکتریک یا پیزوالکتریسیته عبارتست از تولید الکتریسیته ایجاد شده توسط پلاریزاسیون توسط یک کریستال در اثر اعمال تنش.
زمانی که یک میدان الکتریکی به یک کریستال پیزوالکتریک اعمال شود، تحت کرنش قرار می‌گیرد که اصطلاحا آن را رفتار پیزوالکتریک معکوس می‌نامند.
شرط ضروری برای پیزوالکتریک بودن یک کریستال، عدم وجود تقارن مرکزی در ساختار کریستالی است.
ترکیبات سرب-زیرکنات-تیتانات
PZT با ساختار پروسکایت، ZnO
و کوارتز مثالهایی از مواد پیزوالکتریک هستند.


پیزوالکتریک
Piezoelectric خاصیتی است که برخی کریستالها و از جمله کوارتز به هنگام اعمال ولتاژ به آنها تحت فشار قرار می گیرند یا به هنگام قرار گرفتن در معرض فشار مکانیکی، یک ولتاژ تولید می کنند از این خاصیت بلور کوارتز در ساعت استفاده می کنند که با اعمال ولتاژ از طریق باطری ساعت و در نظر تعداد خاصی نوسان بلور در یک ثانیه، ثانیه شمار ساعت به اندازه یک ثانیه پیش می رود یکی دیگر از کاربردهای کوارتز به دلیل داشتن خاصیت پیزوالکتریک، فرستنده های رادیویی، گیرنده های رادیویی و کامپیوترهاست به نوعی می توان گفت که تمام وسائل منقول و غیرمنقول، دقت و ظرافت خاص خود را مدیون این خاصیت کوارتز هستند تحقیقات نشان می دهند که اگر پاندول درون یک زنگوله به شکل یک بلور کوارتز ساخته شود و به حرکت درآید و به اصطلاح زنگوله به صدا در بیاید، برای یک دقیقه زنگ خواهد زد حقیقت این امر در اینست که تقریبا هیچ انرژی در این ماده تلف نخواهد شد در صورتیکه محورهای یک زنگ کوارتز دقیقا منطبق با محورهای تک بلور کوارتز باشد، دارای ولتاژ نوسانی در سطح خود خواهد بود جالبتر اینکه میزان این ولتاژ و نوسان آن هیچ ربطی به دما نخواهد داشت




در بلورها پراکندگی و فاصله اجزا ? دارای نظم هندسی ویژه ای است که معمولا" در تمام جهتها یکسان نیست برخلاف بلورها در جامدهای بی شکل یا غیر بلورین پراکندگی و فاصله اجزای سازنده آنها در همه جهتها یکسان است از این رو بعضی از خواص فیزیکی جامدهای غیر بلورین ? مانند رسانایی گرمایی ? انتشار نور و رسانایی الکتریکی نیز در همه جهتها یکسان است به این جامدهای غیر بلورین همسانگرد ایزوتروپ می گویند چون خواص فیزیکی بیشتر جامدهای بلورین در جهتهای مختلف متفاوت است به آنها ناهمسانگرد آن ایزوتروپ می گویند تنها بلورهایی که در دستگاه مکعبی متبلور می شوند مانند اجسام غیر بلورین عمل می کنند چون در سه جهت فضایی دارای ابعاد مساوی هستند پدیده ناهمسانگردی سبب پیدایش خواصی در بلورها می شود ? که کاربردهای مختلف و مهمی در صنعت دارند مثلا" اگر بلورهایی مانند کوارتز و یا تورمالین را از دو طرف بکشیم و یا فشار دهیم در جهت عمود بر فشار یا کشش دارای بار الکتریکی مخالف یکدیگر می شوند اگر جهت این فشار یا کشش را عوض کنیم نوع بار الکتریکی تغییر می کند به این پدیده پیزوالکتریک می گویند گرما در بعضی از بلورها الکتریسته ایجاد می کند و سبب می شود یک سوی آنها بار مثبت و سوی مقابل بار منفی بیابد در نتیجه میان این دو سو اختلاف پتانسیل الکتریکی به وجود می آید همچنین اگر به این بلور جریان الکتریکی متناوب وصل کنیم بلورها به تناوب منبسط و منقبض می شوند و بر اثر ارتعاش ? صوت تولید می کنند از این خاصیت برای تولید صوت ? ماورای صوت ? نوسانهای الکتریکی ? ساختن میکروفونهای بلوری و سوزن گرامافون استفاده می شود بعضی از بلورها مانند بلور عنصرهای ژرمانیم ? سیلیسیم و کربن خاصیت نیمه رسانایی دارند و تا اندازه ای جریان الکتریکی را از خود عبور می دهند اگر بلورهای نیمه رسانا را گرما دهیم و یا در مسیر تابش نور قرار دهیم ? مقاومت الکتریکی آنها کم می شود و الکتریسیته را بهتر عبور می دهد نیمه رساناها در صنایع الکترونیک و مخابرات به صورت دیود و ترانزیستور و قطعه های دیگر الکترو نیکی به کار می روند دیود یا یکسو کننده از دو قطعه بلور نیمه رسانا ساخته می شود و برای یکسو کردن جریانهای متناوب به کار می رود ترانزیستور از سه قطعه بلور نیمه رسانا تشکیل می شود و برای تقویت جریانهای ضعیف و یکسو کردن جریان متناوب به کار می رود.


پیزوالكتریسیته خاصیتی است در مواد بلوری كه در روند ان فشار وارد شده بر بلور ایجاد الكتریسته می كند و به عكس اعمال الكتریسیته باعث ایجاد فشار می شود دلیل این امر در بلور كوارتز با فرمول
SIO2 ان است كه در حالت معمولی ودر حالتی معین از بلور كوارتز شش گوشی تشكیل می شود كه گوشه های ان به صورت یك در میان با یون اكسیزن و سیلیس اشغال شده است این شش گوش بدون اعمال فشار در حالت ایستایی الكتریكی است ولی فشار باعث می شود كه این حالت بهم بخورد وبلور از حالت پایداری الكتریكی خارج شود و الكترون اضافی را به صورت الكیریسیته ازاد كند و به عكس اعمال الكتریسیته باعث به هم خوردن سطح شش گوش می شود وبنابر این فشاری در بلور ایجاد میشود از این ویزگی استفاده های بهنهایت زیاد در تكنولوزی شده است كه ساده ترین ان ساعت دست شما ترازوی مغازه ها و و از همه واضح تر احساس فشاری است كه شما از وارد امدن یك جسم بر بدن خود دارید كه الكتریسیته حاصل از فشار را به مغز شما می رساند به مارماهی توجه كنید كه ایجاد فشار بر بدن خویش باعث تولید الكتریسیته ای می شود كه می تواند حتی انسان را بكشد درباره خاصیت پیزوالكتریسیته كوارتز در كتب كانی شناسی و كریستالوگرافی مطالب كافی نوشته شده است انچه امروز تكنولوزی به دنبال ان است پیدا كردن مواد ارزان سنتتیك با همان ویزگیهای پیزو الكتریسیته برای مطالعه بیشتر سری انتشارات دانشنامه مواد زیر چاپ بخش مربوط به سیلیس می تواند راهنمای شما باشد


بسیاری از پلیمرها و سرامیکها و ملکولها مانند آب بطور دائمی قطبی می باشند و بخشی از این ملکولها دارای قطب مثبت و سمت دیگر آنها قطب منفی می باشد هنگامیکه به این مواد قطبی تحت تاثیر یک منبع الکتریکی واقع می شوند عناصر قطبی انها خود را با جهت الکتریکی منبع مزبور هماهنگ می کنند و با قطع ولتاژ تحریک کننده این خاصیت را از دست می دهند در این میان مواد پیزو الکتریک مانند بلور کوارتز و یا تیتانیت باریم در پی تحریکی که باعث تغییر در مختصات ذرات قطبی شده شروع به ایجاد یک ولتاژ الکتریکی می کنند در نتیجه : خاصیت پیزو الکتریسیته هنگامی به ظهور می رسد که بلور تحت تاثیر یک فشار مکانیکی قرار بگیرد و در این زمان قطب مثبت در یک وجه بلورهای نارسانا مانند کوارتز و قطب منفی نیز در وجه مخالف آن ایجاد میگردد از این خاصیت در ساخت وسائلی مانند میکروفونها و فونوگرافها و در فیلتر سازی امواج در تلفن ها و غیره مورد استفاده قرار می گیرد.


در بازار اقتصادی سرامیک‌های نوین، سرامیک‌های الکتریکی یکی از جاافتاده‌ترین بازارهای موجود است. علاوه بر گسترش زمینه‌های مصارف قبلی، مصارف جدید مربوط به کاربردهایی است که پیزوالکتریک‌ها و خصوصاً پیزوسرامیک‌ها اخیراً وارد آن حیطه‌ها شده‌اند. با توجه به مطالب ارائه شده و نقش تعیین‌کننده‌ی این نوع قطعات در صنایع مختلف و در راستای گام نهادن در مسیر خودباوری و خوداتکایی و دستیابی به دانش روز، چنین به نظر می‌رسد که اهمیت و ضرورت پایه‌گذاری صنایع الکتروسرامیک‌ها و از جمله پیزوالکتریک در کشور، امری روشن، واضح و قابل درک است


جهت دستیابی به اطلاعات اولیه و کسب آمارهای موجود به مراکز متعددی مراجعه شد. نوع، کمیت و ارزش اقتصادی نیازهای داخلی در زمینه‌ی پیزوالکتریک و پیروالکتریک و مشخص نمودن زمینه‌های تکنولوژی و تولید صنعتی آن در ایران، زمینه‌های تحقیقاتی در ایران، شناخت متخصصان ایرانی در داخل و خارج از کشور و در ادامه آمار واردات و صادرات (تولید و مصرف) در ایران تحلیل شد. برآورد و تخمین نیازهای داخلی (نیازهای فعلی تا سال 1400 هجری شمسی) نشان داد که نیاز داخلی تا سال 1400 حدود 40 میلیون قطعه پیزو و پیروالکتریک است و باید اقدام لازم در این خصوص صورت گیرد


در ابتدا، به مواد جدید به عنوان اساس تکنولوژی‌های نوین در جهان و نقش آن در توسعه‌ی تمدن بشری اشاره‌ای شد. آن گاه جایگاه پیزوالکتریک‌ها و پیروالکتریک‌ها همراه تاریخچه، انواع، تئوری، خواص و کلیات کاربردی بررسی گردید. در مرحله‌ی دوم، به جمع آوری اطلاعات و آمار در داخل و خارج از کشور پرداخته و ارائه و تجزیه و تحلیل آن‌ها صورت گرفت. و در ادامه، شناسایی مراکز مهم علمی – اقتصادی در جهان صورت گرفت. در مرحله‌ی سوم، بررسی وضعیت داخلی با جزئیات بیش‌تر ارزیابی گردید


کاربرد پیزوالکتریک‌ها رده‌های محتلف است:

1- به عنوان مبدل انرژی نوسانی به انرژی الکتریکی (کنترل تهییج، شتاب‌سنج ...)

2- به عنوان مبدل انرژی صوتی به انرژی الکتریکی (در دیسک‌های صوتی، میکروفون، بلندگو و زنگ اخبار و ...)

3- در دریافت و انتقال امواج التراسونیک (پروب امواج التراسونیک، سنسورهای
AE و کنترل امواج التراسونیک)

4- در تولید ولتاژ و جرقه با ولتاژ بالا (جرقه‌زن) و کاربردهای دیگر (ماشین آلات برقی، وسایل پزشکی و خانگی،
بیوسنسورها و....)


بررسی‌های به عمل آمده نشان داده است که از بازار 200 میلیارد دلاری سرامیک‌ها در جهان، حدود یک سوم آن یعنی حدود 63 میلیارد دلار، مربوط به سرامیک‌های پیش‌رفته است. در بازار اقتصادی سرامیک‌های نوین، سرامیک‌های الکتریکی (که شامل پیزو و پیروالکتریک‌ها هم می‌شود) یکی از جاافتاده‌ترین بازارهای موجود است. آمارهای موجود نشان می‌دهد که بازار مواد پیزو و پیروالکتریکی در جهان، تقریباً 11 میلیارد دلار (در سال‌های 2001-2000) بوده است