Пьезоэлектрический эффект. Опубликовано 15 Сентябрь 2011 в рубрике Традиционная энергетика

Опубликовано 15 Сентябрь 2011 в рубрике Традиционная энергетика

Практически всегда работа увлечённых людей даёт потрясающие результаты. Так было и с братьями Кюри.

Пьезоэлектрический эффект – открыт братьями Кюри в 1880-1881 гг. – это явление поляризации диэлектрика при действии механических напряжений (прямой эффект) либо возникновение деформаций при действии электрического поля (обратный эффект).

Оба варианта могут наблюдаться в кристаллах-пьезоэлектриках. Пьезоэлектрический эффект объясняется строением кристалла диэлектрика. В ионных кристаллах даже без внешнего воздействия имеется электрический момент, который возникает в результате несовпадения центров катионов и анионов. Однако заряды на поверхности кристалла компенсируют эту поляризацию. При механическом воздействии и деформации кристаллической решетки ионы смещаются поляризуя диэлектрик.

Пьезоэффект широко применяется в современной технике. Прямой эффект используется в пьезозажигалках для получения разряда, в датчиках давления, взрывателях и микрофонах – как чувствительный элемент. Обратный пьезоэффект работает в пьезоизлучателях, системах адаптивной оптики, для высокоточного позиционирования головок микроскопов и жестких дисков.

Минералы в которых наблюдается пьезоэффект, то есть те, которые могут либо под действием деформации индуцировать электрический заряд на своей поверхности (прямой пьезоэффект), либо под влиянием внешнего электрического поля деформироваться (обратный пьезоэффект). Оба эффекта открыты братьями Жаком и Пьером Кюри в 1880—1881 гг.^[1]

Пьезоэлектрики широко используются в современной технике как датчики давления, пьезоэлектрические детонаторы, источники звука огромной мощности, миниатюрные трансформаторы, кварцевые резонаторы для высокостабильных генераторов частоты, пьезокерамические фильтры, ультразвуковые линии задержки и др. Наиболее широкое применение в этих целях кроме кристаллического кварца получила поляризованная пьезокерамика, изготовленная из поликристаллических сегнетоэлектриков, например, из цирконата-титаната свинца.

Чаще всего современный человек встречается с ними в зажигалках, где искра образуется от удара в пьезопластинку, а также при медицинской диагностике с помощью УЗИ, в которой используются пьезоэлектрические источник и датчик ультразвука. Передовой областью использования пьезоэлектриков является сканирующая зондовая микроскопия (СЗМ). Из них изготавливаются сканирующие элементы зондовых микроскопов, осуществляющие перемещение зонда в плоскости образца с точностью до 0.01 Å. Наибольшее распространение в ней имеют трубчатые пьезоэлементы. Они позволяют получать достаточно большие перемещения объектов при сравнительно небольших управляющих напряжениях. Они представляют собой полые тонкостенные цилиндры, изготовленные из пьезоэлектрических материалов. Соединение трех таких трубок в единый узел позволяет организовать перемещение зонда в трех ортогональных направлениях, такой сканирующий элемент называется триподом.

В 1964 г. Ю. В. Гуляев и В. И. Пустовойт предложили слоистую структуру «пьезоэлектрик-полупроводник» в качестве базовой конструкции акустоэлектронных приборов, использующих поверхностно-акустические волны.