Πιεζοηλεκτρισμός

Εφαρμογή του πιεζοηλεκτρισμού σε απλό ακουστικάκι

Ο πιεζοηλεκτρισμός είναι η ιδιότητα κάποιων υλικών (κυρίως κρυσταλλικών υλικών αλλά και μερικών κεραμικών υλικών) να παράγουν ηλεκτρική τάση όταν δέχονται κάποια μηχανική τάση/πίεση ή ταλάντωση. Το φαινόμενο μπορεί να εξηγηθεί ποιοτικά με τη μεταφορά ελεύθερων φορτίων στα άκρα του κρυσταλλικού πλέγματος. Επίσης, ο όρος περιλαμβάνει και το αντίστροφο φαινόμενο, κατά το οποίο το υλικό παραμορφώνεται, όταν βρεθεί κάτω από ηλεκτρική τάση. Ο πιεζοηλεκτρισμός ανακαλύφθηκε από τον Πιερ Κιουρί το 1880. Οφείλεται σε κρυσταλλικές ασυμμετρίες και αποτελεί φαινόμενο πρώτης τάξης. Παραδείγματα υλικών με πιεζοηλεκτρικές ιδιότητες είναι ο χαλαζίας (SiO₂), το αλάτι Rochelle ή Seignette (τρυγικό καλιονάτριο, NaKC₄H₄O₆·2H₂O), το ADP (δισόξινο φωσφορικό αμμώνιο, NH₄H₂PO₄), το ένυδρο θειικό λίθιο, (LiSO₄.H₂O), ο τουρμαλίνης, το συνθετικό πολυμερές PVDF (polyvinylidene difluoride), κτλ. Πέρα από τα προαναφερθέντα υλικά στη δεκαετία του 1950-60 βρέθηκε ότι το ανθρώπινο οστό επίσης επιδεικνύει ένα πιεζοηλεκτρικό δυναμικό όταν εφαρμόζεται σε αυτό στρεπτική φόρτιση ( Fukada & Yasuda 1957 )

Το πιεζοηλεκτρικό φαινόμενο δεν θα πρέπει να συγχέεται με το φαινόμενο της ηλεκτροσυστολής, που είναι διαφορετικό (δεν αποτελεί το ένα αντίστροφο του άλλου, όπως λανθασμένα γράφεται σε κάποιες αναφορές). Και τα δύο φαινόμενα είναι δυνατό να συνυπάρχουν στο ίδιο κρυσταλλικό υλικό, με κάποιο από τα δύο να είναι επικρατέστερο του άλλου.

Το φαινόμενο τυγχάνει ευρείας εκμετάλλευσης σε διάφορες εφαρμογές της ακουστικής (ηλεκτροακουστική, ηλεκτροακουστικοί μορφοτροπείς, βιοϊατρική, μικροζυγαριές κτλ).

Διεθνή πρότυπα

• ANSI-IEEE 176 (1987) Standard on Piezoelectricity
• IEC 302 (1969) Standard Definitions & Methods of Measurement for Piezoelectric Vibrators Operating over the Freq Range up to 30MHz
• IEC 444 (1973) Basic method for the measurement of resonance freq & equiv series resistance of quartz crystal units by zero-phase technique in a pi-network
• IEEE 177 (1976) Standard Definitions & Methods of Measurement for Piezoelectric Vibrators

Εξωτερικοί δεσμοί

• RMCybernetics — Electricity from Minerals
• 'Piezo Terminology' — Piezo Systems, Inc.
• 'History of Piezoelectricity' — ibid.
• EnOcean GmbH — Commercially available piezo powered radio transmitters
• PainGone pen — a medical application of piezoelectricity, this device uses the common spring-loaded hammer mechanism on specifically engineered crystals to create electrical impulses which stimulate nerves with the same effect as a TENS device.
• Experiment with a vibration damper
• Piezo Tutorial, PI (Physik Instrumente) — Designing Nanopositioning Systems with Piezoelectric Actuators
• Japan: Producing Electricity from Train Station Ticket Gates — Piezo elements used in train station ticket gates.
• The Center for Piezoelectrics by Design Αρχειοθετήθηκε 2018-01-29 στο Wayback Machine. — A consortium for research into the theoretical prediction and experimental realization of new members of a unique class of materials, piezoelectrics.
• Piezoelectric materials properties. Covers crystals, ceramics, etc.
• "Piezoelectric Constitutive Equation" from Engineering Fundamentals
• 'Piezoelectric Manufacturing Technology' — PI Ceramic
• 'Piezoelectric Products'