پیزوالکتریک چیست؟

پیزوالکتریک چیست؟

موادی مانند ترکیبات سرب، زیرکنات، تیتانات و کوارتز که در ساختار کریستال آنها تقارن مرکزی وجود ندارد؛ قادرند کوپلی قوی میان میدان مکانیکی و الکتریکی ایجاد نمایند. بدین نحو که در اثر اعمال تنش بر آن­ها، قادرند جریان الکتریسیته تولید نموده و در اثر اعمال میدان الکتریکی تحت کرنش قرار خواهند گرفت. هنگامی که بلور تحت تأثیر فشار مکانیکی قرار گیرد، قطب مثبت در یک وجه بلور­های نارسانا و قطب منفی نیز در وجه مخالف آن ایجاد می­گردد.

یک ماده پیزوالکتریک دارای یک دمای کوری ویژه (Curie temperature) است. در اثر گرم شدن ماده تا بالای این دما، دو قطبی­ ها می ­توانند جهت خود را در ماده­ ی فاز جامد تغییر دهند. سپس  با ایجاد یک میدان الکتریکی قوی می‌توان جهت دو قطبی­ ها را با میدان اعمالی هم جهت نمود. حال اگر سرامیک در حالتی که میدان قطبی کننده ثابت نگه داشته شده باشد، تا پایین دمای کوری سرد شود. نتیجه آن، ثابت ماندن دائم مسیر دو قطبی­ ها است و بعد از آن گفته می­ شود که ماده قطبی شده است. وقتی سرامیک ­های قطبی شده تا زیر دمای کوری خود سرد شدند و تحت یک میدان الکتریکی ضعیف قرار گرفتند(در مقایسه با میدانی که برای قطبی شدن استفاده شد)، پاسخ مجموعه دو قطبی­ ها یک انبساط ماکروسکوپی در طول محور قطبی و یک انقباض عمود بر آن می­ باشد(و یامعکوس آن با تغییر علامت میدان اعمال شده اتفاق می­ افتد).

دمای کاری پیزوالکتریک­ ها اغلب زیر دمای کوری است. اگر ماده تا بالای دمای کوری گرم شود، وقتی که میدان الکتریکی اعمال نشده باشد، دو قطبی ها به جهات تصادفی خود بر می­ گردند. در دماهای پایین نیز، اعمال یک میدان بسیار قوی می ­تواند باعث شود، دو قطبی­ ها از مسیری که طی قطبی شدن به عنوان مسیر پایدار ترجیح داده بودند، خارج شوند. مواد پیزوالکتریک بعد از خارج شدن از حالت قطبی، خواص پاسخ ابعادی را به میدان الکتریکی از دست می­ دهند. دمای کوری بسته به نوع پیزوالکتریک، در حدود 200 الی 300 درجه می­ باشد.

مواد پیزوالکتریک تحت شرایط خاص همانند، اعمال میدان الکتریکی بسیار قوی در جهت مخالف با دو قطبیشان، اعمال تنش مکانیکی شدید در اثر انحراف از محور دو قطبیشان و یا حرارت دادن بیش از دمای کوری، ممکن است اثر خود را از دست بدهند. در اغلب شرایط کاری، سعی می­ شود که دمای محیط کاری پیزوسرامیک­ها کمتر از نصف دمای کوری باشد تا از آسیب کلی به آنها جلوگیری شود.

خاصیت پیزوالکتریک، پدیده­ای کریستالی است و مرتبط با چیدمان پیچیده­ ای است؛ به نحوی که در مواد با چیدمان معمولی یا تصادفی وجود ندارد. این خاصیت وابسته به ساختار کریستال می­ باشد. خاصیت پیزوالکتریسیتی یک پدیده متقابل تبدیل انرژی از یک نوع(الاستیک) خود به دیگری(الکتریکی) است. این در حالیست که مواد غیر متبلور(آمورف Amorphous)، برخلاف انتظار هیچ اثر الکتریکی بر اثر فشار از خود نشان نمی­ دهند.