Piezoelektrik Nedir? Kullanım Alanları Nelerdir?

Piezoelektrik, uygulanan mekanik basıca yanıt olarak bazı katı materyallerde (kristaller , belirli seramikler, kemik, DNA ve çeşitli proteinler gibi biyolojik maddeler) biriken elektrik yüküdür. Bu olay, 1880’de Fransız fizikçiler Jacques ve Pierre Curie tarafından keşfedilmiştir.

Jacques ve Pierre Curie (üstte)

Piezoelektrik etki, inversiyon (evirme) simetrisi olmayan kristalin mekanik ve elektriksel durumu arasındaki doğrusal elektromekanik etkileşimi olarak açıklanabilir. Daha anlaşılabilir bir dille, sürekli kutuplaşan bir kristalin kutuplarının birbirine yaklaşması ve uzaklaşmasıyla biriken yükün bir iletken ile depolanması olayıdır. Aynı zamanda piezoelektrik olayı tersinir bir olaydır.


Piezoelektrik sensörünün yaklaşık ürettiği enerji
Örneğin, kurşun zirkonyum titanat kristalleri, statik yapıları orijinal boyutun % 0.1 ‟i kadar deforme olduğunda ölçülebilir bir şekilde piezoelektrik üretecektir. Tersine, aynı kristaller malzemeye harici bir elektrik alan uygulandığında statik boyutlarının yaklaşık % 0.1’ini değiştirecektir. Ultrasonik ses dalgalarının üretiminde ters piezoelektrik etki kullanılır.

Piezoelektrik birçok alanda kullanılmaktadır. Ses, piezoelektrik mürekkep püskürtmeli baskı , yüksek gerilimlerin üretilmesi, elektronik frekans üretimi, mikro teraziler, ultrasonik nozül kullanımı ve optik montajların ultra ince odaklanması gibi birçok uygulamada kullanılabilir. Bunların dışında Atomik çözünürlük, STM (tünel tarama mikroskopu), AFM (atomik kuvvet mikroskopisi) , MTA (mikrotermal analiz) ve SNOM (yakın alan taramalı optik mikroskop) gibi tarama probu mikroskobu ile bir dizi bilimsel tekniğin temelini oluşturur. Ayrıca, çakmaklar için ateşleme kaynağı olarak ve kuvartz saatlerindeki zaman referans kaynağı olarak kullanılmasının yanı sıra bazı barbekülerde de kullanılır.

Piezoelektrik İçin Kullanılan Malzemeler

Hem doğal hem de sentetik birçok malzeme piezoelektrik sergiler:

Doğal olarak oluşan kristaller

  • Kuvars
  • Berlinite (AlPO 4), kuvarsla yapısal olarak özdeş olan nadir bir fosfat mineralidir .
  • Sükroz
  • Rochelle tuzu
  • Topaz
  • Turmalin grubu mineraller
  • Kurşun titanat (PbTiO 3). Doğada mineral makedonit olarak bulunmasına rağmen, araştırma ve uygulamalar için sentezlenmiştir.

Kemik 

Kuru kemik bazı piezoelektrik özellikler sergiler. Piezoelektrik etkinin genellikle bir biyolojik kuvvet sensörü olarak hareket ettiği düşünülmektedir. Bu etki, 1970’lerin sonlarında ve 1980’lerin başlarında Pennsylvania Üniversitesi’nde yapılan araştırmalar sonucunda, elektrik potansiyelinin sürekli uygulanmasının kemikte hem polarizasyonu hem de büyümeyi (kutuplaşmaya bağlı olarak) uyarılabileceğini kanıtladı. 1990’lardaki daha ileri çalışmalar sonucunda oluşan matematiksel denklem altıgen kristallerin dalga yayılımını kanıtlamıştır.

Diğer doğal malzemeler

Piezoelektrik özellikleri gösteren biyolojik materyaller şunlardır:

  • Tendon
  • İpek
  • Piezoelektrik doku nedeniyle ahşap
  • Emaye
  • Diş kemiği
  • DNA
  • Bakteriyofaj dahil olmak üzere viral proteinler. Bir çalışma, M13 bakteriyofajının ince filmlerinin, bir sıvı kristal ekranın çalışması için yeterli bir piezoelektrik jeneratörü oluşturmak için kullanılabileceğini kanıtlamıştır.

Sentetik kristaller

  • Langazit (La 3 Ga 5 SiO 14 ), kuvars benzeri bir kristal
  • Galyum ortofosfat (GaPO 4 ), kuvars benzeri bir kristal
  • Lityum niobat (LiNbO 3 )
  • Lityum tantalat (LiTaO 3 )

Ayrıca sentetik seramikler, kurşunsuz piezoseramikler, polimerler, organik nanoyapılar ve bazı yarı iletkenlerde piezoelektrik olayında kullanılabilir.

Piezoelektrik günümüzde karşımıza genellikle yürüyerek elektrik üretme projelerinde çıkıyor. Piezoelektrirk disklerinin günümüzdeki yaklaşık fiyatı 10 tl civarındadır. Her basma-çekme hareketi bu disklerde yaklaşık 2 miliwatt enerji üretebilmemizi sağlıyor. Bu sensörler birçok alana adapte edilmeye çalışılıyor. Örneğin gitar, davul gibi müzik aletleri, dikiş makineleri ve mikrofonlarda buna dahil.

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.