Piezoelektrický jev

Piezoelektrický jev (z řeckého piezein (πιέζειν) – tlačit) je schopnost krystalu generovat elektrické napětí při jeho deformování. Může se vyskytovat pouze u krystalů, které nemají střed symetrie. Nejznámější piezoelektrickou látkou je monokrystalický křemen, křišťál. Poprvé byl piezoelektrický jev pozorován u Seignettovy soli (tetrahydrát vinanu draselno-sodného). Opačný jev, kdy se krystal ve vnějším elektrickém poli deformuje se nazývá nepřímý piezoelektrický jev. Další jev zvaný elektrostrikce, ačkoliv je nepřímému piezoelektrickému jevu podobný, jedná se o proces samostatný.

Vznik piezoelektrického jevu
Mechanismus vzniku elektrické polarizace při deformaci

Jev lze vysvětlit mikroskopicky: Deformací se ionty opačných nábojů posunou v krystalové mřížce tak, že elektrická těžiště záporných a kladných iontů, která se v nezdeformovaném krystalu nacházejí ve stejném bodě, se od sebe vzdálí. Na určitých plochách krystalu se objeví elektrický náboj.

Při obráceném piezoelektrickém jevu, dochází pod vlivem elektrického pole k deformaci. Míru deformace krystalu konkrétní látky popisuje piezoelektrická konstanta.

Piezolektrickému jevu je podobný jev elektrostrikce. Elektrostrikční jev se však na rozdíl od jevu piezoelektrického projevuje ve všech dielektrických materíálech (dielektrikum) a se změnou znaménka elektrického pole při něm nedochází ke změně směru deformace. [1]

S deformací krystalické mřížky působením vnější síly souvisí i změna měrného elektrického odporu. Tento je označován jako piezorezistivní jev.

Při vysokých teplotách dochází u jakéhokoliv materiálu ke ztrátě piezoelektrických vlastností, protože je narušeno uspořádání iontů. K této změně dochází skokově, podobně jako ke změně skupenství. (Viz fázový přechod.) Přechodová teplota je charakteristická pro daný materiál a nazývá se Curieova teplota.

Využití piezoelektrického jevu

Obvykle se udává, že piezoelektrický jev byl objeven v letech 1880 (Pierre a Jacques Curie).[1]

Přímý piezoelektrický jev se využívá např. u zapalovačů, v gramofonových přenoskách, v piezoelektrických mikrofonech. Piezorezistivní jev je využíván například v polovodičových tenzometrech.

Využití obráceného piezoelektrického jevu je založeno na působení elektrického pole na krystal. Je-li pole časově periodicky proměnné s kmitočtem, který odpovídá kmitočtu vlastních elastických kmitů krystalu, vzniká mechanická rezonance.

Přímý i obrácený (nepřímý) piezoelektrický jev se využívá například v lékařských sonografech, generujících ultrazvuk. Velmi rozsáhlé možnosti využití pizoelektrického jevu zajistila také oblast digitálních tiskáren. U těchto se momentálně využívá tzv. termo principu (hlavním zástupcem je společnost HP) a právě piezo (Epson). Výhodou piezoelektrické technologie je fakt, že u ní nedochází k zahřívání inkoustu a proto lze tisknout i velmi agresivními médii, jakými jsou solventní (ředidlové) inkousty, UV inkousty (k jejich vytvrzení dochází až po dopadu na tiskové médium pomocí UV záření) a nebo například inkousty, u kterých by při zahřátí v tiskové hlavě došlo k degradaci – sublimační inkousty.

Další aplikace
Princip aktivního sonaru.

Sonar byl vyvinut v první světové válce jako jedna z prvních piezoaplikací, pro detekci objektů v moři.

SONAR, angl.SOund Navigation And Ranging (zvuková navigace a zaměřování) je obdobou:

  • RADARu (RAdio Detection And Ranging) nebo -
  • LIDARu (Laser lluminated Detection And Ranging)

Sonar využívají například

  • netopýři (echolokace)
  • ponorky, protože rádiové vlny mají pod vodou výrazně menší dosah než na souši
    Uspořádání vstupního a výstupního měniče pro povrchovou akustickou vlnu.
  • zdravotníci – neinvazivní prohlížení orgánů, plodu atp.

Povrchová akustická vlna je základem součástek s povrchovou akustickou vlnou, které využívají generování a detekci povrchové akustické vlny na piezoelektrickém substrátu. Tyto součástky mají řadu aplikací (filtry, rezonátory atp.)

Reference
  1. PETRŽÍLKA, Václav; BARTOLOMĚJ, Slavík. Piezoelektřina a její použití v technické praxi. [s.l.]: Jednota českých matematiků a fysiků, 1940.

Související články

Externí odkazy
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.