Grunderna:
* piezoelektricitet är fenomenet där vissa material producerar en elektrisk laddning som svar på applicerad mekanisk stress (som pressning eller sträckning). Omvänt deformerar de också fysiskt när ett elektriskt fält appliceras.
Energiövervandlingar:
1. Mekanisk till elektrisk:
* Komprimering/expansion: När en piezoelektrisk kristall pressas eller sträckas, förskjuts dess inre struktur, vilket skapar en elektrisk polarisering i materialet. Denna polarisation resulterar i en spänningsskillnad över kristallens ansikten, vilket effektivt omvandlar mekanisk energi till elektrisk energi.
2. elektrisk till mekanisk:
* spänningsansökan: När en spänning appliceras över en piezoelektrisk kristall, tvingar det elektriska fältet kristallens inre struktur att deformeras. Denna deformation kan vara en sammandragning eller expansion och omvandla elektrisk energi till mekanisk energi.
Praktiska exempel:
* sensorer: Piezoelektriska kristaller används i sensorer för att upptäcka tryck, acceleration och ljud. De mekaniska vibrationerna omvandlas till elektriska signaler.
* ställdon: Piezoelektriska kristaller kan fungera som ställdon och konvertera elektriska signaler till mekanisk rörelse. De används i precisionspositioneringssystem, mikrofluidiska enheter och till och med ultraljudsrengöringsutrustning.
* Energi skörd: Piezoelektriska material kan skörda energi från vibrationer i miljön, såsom fotspår eller trafik, och omvandla det till användbar elektrisk kraft.
Nyckelpunkter:
* Riktning: Riktningen för det elektriska fältet och den mekaniska spänningen/stammen är avgörande. De måste anpassas till kristallens piezoelektriska axel för effektiv energikonvertering.
* typer av kristaller: Många material uppvisar piezoelektriska egenskaper, inklusive kvarts, turmalin och keramik som PZT.
* Effektivitet: Effektiviteten hos energikonvertering varierar beroende på materialet och den specifika applikationen.
I huvudsak tillhandahåller piezoelektriska kristaller en fascinerande mekanism för att omvandla mekanisk energi till elektrisk energi och vice versa, med tillämpningar som sträcker sig från avkänning till aktivering och energi skörd.
