مقاله پیزو الکتریک

اختصاصی از یارا فایل مقاله پیزو الکتریک دانلود با لینک مستقیم و پرسرعت .

فرمت فایل : WORD (قابل ویرایش)

تعداد صفحات:27

فهرست مطالب:
چکیده:    1
مقدمه    2
سیر تحولی و رشد    3
اثر مستقیم و معکوس پیزو الکتریک    4
کاربرد اثر مستقیم پیزو الکتریک    4
کاربرد امواج فراصوتی در مواد پیزو الکتریک    5
ارتباط اثر پیزو الکتریک با ساختار مولکولی مواد    5
وابستگی مواد پیزوالکتریک به دما    5
وجود اثر پیزو الکتریک در تک بلور    6
تاریخچه    7
اکتشاف و پژوهش‌های اولیه    7
ساز و کار و ساختمان    10
طبقه‌بندی کریستال‌ها    11
کریستال‌های ذاتی    11
کریستال‌های دست‌ساز    12
سرامیک‌های دست‌ساز    12
پیزوسرامیک‌های بدون سرب    13
پلیمرها    13
حسگرها    14
پیزوالکتریک در نانو    15
فرایند تولید    19
مقیاس بازار    20
تحلیل:    21
اثرپیزوالکتریک وکاربردهای آن    21
حسگر ژیروسکوپ پیزوالکتریک.    22
حسگر شتاب سنج پیزوالکتریک    23
حسگر های صوتی پیزوالکتریک    23
یکی از پرکاربردترین مواد پیزوالکتریک کریستال کوارتز است    23
بهبود کارایی پیل خورشیدی با مواد پیزوالکتریک    24
پیشرفتی در زمینه تولید مواد پیزوالکتریک    25
خلاصه و نتیجه‌گیری    27
منابع و مآخذ    27


چکیده:
یکی از ویژگی‌های غیر معمولی که بعضی سرامیک‌ها ذخیره می‌کنند پدیده‌ی پیزوالکتریک است یا لغت تحت‌الفظی آن جریان ناشی از فشار: با اعمال نیروی خارجی دو قطبی‌ها تحریک می‌شوند و میدان الکتریکی ایجاد می‌شود. وارون کردن اثر نیرو (مثلاً از کششی به فشاری) جهت میدان را معکوس می‌کند.
پیزوالکتریسیته توسط پیروژاک کوری در سال 1892 کشف گردید و از واژه یونانی Piezin به معنی "فشار" مشتق می­شود. اعمال فشار به برخی کریستال­ها مانند کوارتز یا برخی سرامیک­ها الکتریسیته تولید می­­کند. فشار یا تنش مکانیکی وارد شده به برخی کریستال­ها باعث جابه­جایی دو قطبی­های ایجاد شده و پدید آمدن میدان الکتریکی می­شود. آرایش یون­های مثبت و منفی، تعیین­کننده ایجاد یا عدم ایجاد اثر پیزوالکتریسیته است. به همین دلیل اثر پیزوالکتریسیته یا ایجاد جریان الکتریسیته القایی توسط وارد کردن فشار، در مواد کریستالی ا?نیزوتروپ رخ می­دهد؛ یعنی در آن دسته از کریستال­هایی که مرکز تقارن ندارند. زیرا در کریستال­های متقارن هیچ ترکیبی از تنش­های یکنواخت نمی­تواند سبب جدا شدن بارهای الکتریکی شود .
اگر یک ماده به عنوان مثال یک سرامیک، پیزوالکتریک باشد، وقتی تحت تاثیر فشار قرار می­گیرد در سطح آن بار الکتریکی تولید می­شود؛ یا وقتی در میدان الکتریکی قرار می­گیرد تغییر شکل مکانیکی می­یابد. میزان بار الکتریکی یا تغییر شکل مکانیکی به ترکیب ماده بستگی دارد. در ساختمان این سرامیک­ها موادی نظیر: اکسید سرب، تیتانیا، زیرکونیا و غیره وجود دارند که بسته به نوع کاربرد این مواد با نسبت­های مختلف با هم مخلوط می­شوند. با تغییر ترکیب و ابعاد قطعات می­توان پیزوسرامیک­ها را برای کاربردهای مختلف طراحی کرد.
 از مواد پیزوالکتریک در مبدل‌ها و وسایلی که انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می‌کنند یا برعکس استفاده می‌شود. کاربردهای نام‌آشنایی از جمله پیکاپ گرامافون، میکروفون‌ها، مولدهای ماوراء صوت و حسگرهای سونار از خاصیت پیزوالکتریک استفاده می‌کنند. در پیکاپ گرامافون همچنان که قلم شیارهای رکورد را می‌پیماید یک اختلاف فشار به ماده‌ی پیزوالکتریک موجود در پیکاپ وارد می‌شود که نهایتاً به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌شود. این سیگنال قبل از ورود به بلندگو تقویت می‌شود. خاصیت پیزوالکتریک یک ویژگی مواد کریستالی دارای ساختار پیچیده‌ی بدون تقارن است. رفتار پیزوالکتریک یک پلی‌کریستال بوسیله‌ی گرم کردن بالاتر از دمای کوری و سپس خنک کردن تا دمای اتاق در مجاورت میدان الکتریکی قوی بهبود می‌یابد.
مقدمه
 پیزوالکتریک باری است که در مواد جامد مشخصی به علت فشار مکانیکی انباشته می‌شود (مخصوصاً در کریستال‌ها، بعضی سرامیک‌ها و اجسام زیستی مانند استخوان، DNA و پروتئین‌های مختلف). لغت پیزوالکتریک یعنی الکتریسیته‌ی ناشی از فشار که از لغت یونانی به معنای فشردن گرفته شده و الکتریک نماد عنبر است (یک منبع قدیمی جریان الکتریکی).
اثر پیزوالکتریک از ارتباط خطی بین حالت مکانیکی و الکتریکی در مواد بلورین و شفاف بدون تقارن مرکزی درک می‌شود.
 اثر پیزوالکتریک یک فرآیند قابل برگشت است؛ موادی که به طور مستقیم اثر پیزوالکتریک (تولید داخلی بار الکتریکی به دلیل اعمال نیروی مکانیکی) را انباشته می‌کنند اثر پیزوالکتریک معکوس (تولید داخلی نیروی مکانیکی در اثر اعمال میدان الکتریکی) را نیز انباشته می‌کنند.
 به عنوان مثال سرامیک‌های PZT (Pb[ZrxTi۱-x]O۳ ۰≤x≤۱) اگر به اندازه ۰.۱ درصد از ابعادشان تغییر شکل دهند نیروی پیزوالکتریک قابل اندازه‌گیری تولید خواهند کرد. برعکس اگر میدان الکتریکی به آن‌ها اعمال شود به اندازه ۰.۱ درصد از ابعادشان تغییر شکل خواهند داد. پیزوالکتریک استفاده‌های مفیدی دارد از جمله تولید و ردیابی صوت، تولید ولتاژهای بالا، تولید فرکانس الکترونیکی، میکروبالانس‌ها (ترازوهای بسیار دقیق) و متمرکز کردن اشعه‌های نور در مقیاس بسیار بزرگ. این پدیده همچنین بنیانی برای بسیاری از تکنیک‌های علمی و سودمند در مقیاس اتمی است؛ بررسی میکروسکوپی مثل STM، AFM، MTA SNOM و ... همچنین استفاده‌های روزمره به عنوان منبع احتراق برای سیگار.
اثر پیزو الکتریک ، قابلیت بعضی مواد است برای تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی و تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی. تولید اختلاف پتانسیل الکتریکی در برخی بلورهای نارسانا مثل کوارتز تحت کشش یا فشار. علامت پتانسیلهای دو وجه بلور در دو حالت فشردگی یا کشیدگی معکوس هم ارزند و هر چه میزان فشار کشش بیشتر باشد، اختلاف پتانسیل تولید شده بیشتر است. اثر معکوس پیزو الکتریک نیز در این معنی تغییر شکل آنها بر اثر اعمال اختلاف پتانسیل الکتریکی بین دو وجه روبروی آنهاست. اگر دو وجه روبرویی در یک هر یک از این بلورها را به اختلاف پتانسیل متناوب الکترکی وصل کنیم، تغییر شکل متناوبی در آن رخ می‌دهد و به ارتعاش در می‌آید.
 
سیر تحولی و رشد
اثر پیزوالکترکی چنانچه گفته شد توانایی برخی مواد می‌باشد که برای تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی و تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی مکانیکی است، این اثر را برادران کوری ، پی‌یر و ژاک کوری ، در دهه 1880 کشف کردند. موادی که این پدیده را از خود بروز می‌دهند مواد پیزو الکترکی نامیده می‌شوند. اثر پیزوالکترکی در انواع بسیاری از مواد از جمله تک بلورها ، سرامیکها ، بسپارها و مواد مرکب دیده می‌شوند. فعالیت پیزوالکتریکی در اکسیدهای نسوز بس بلور در تیتانیوم باریوم (BT) کشف شد و در دهه 1950 اثرهای پیزوالکتریکی درمحلول جامد تیتانات زیرکونات سرب (PbT) کشف شد.