Piezoelektryki. Jakub Curie

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Piezoelektryki. Jakub Curie"

Paulina Piekarska
7 lat temu
Przeglądów:

1 Piezoelektryki Ryszard J. Barczyński, 2011 Politechnika Gdańska, Wydział FTiMS, Katedra Fizyki Ciała Stałego Materiały dydaktyczne do użytku wewnętrznego

2 Piezoelektryki Jakub Curie Piotr Curie W 1880 Piotr i Jakub Curie stwierdzili, że na powierzchni niektórych kryształów poddanych działaniu zewnętrznych napręże ń mechanicznych indukuj ą si ę ładunki elektryczne. Zjawisko to nazwano zjawiskiem piezoelektrycznym.

3 Piezoelektryki W rok później Gabriel Lippman wykaza ł teoretycznie możliwo ść istnienia zjawiska odwrotnego, a bracia Curie potwierdzili doświadczalnie fakt deformowania si ę kryształów piezoelektrycznych w zewnętrznym polu elektrycznym.

4 Struktura piezoelektryków Znane s ą wyniki bada ń około tysiąca kryształów o własnościach piezoelektrycznych. Tylko kilka z nich znajduje szerokie zastosowanie praktyczne.

Struktura piezoelektryków Charakterystyczn ą cech ą kryształów piezoelektrycznych jest brak środka symetrii ich struktury krystalicznej.

5 Struktura piezoelektryków Charakterystyczn ą cech ą kryształów piezoelektrycznych jest brak środka symetrii ich struktury krystalicznej. Materia ł pokazany na rysunku obok ma struktur ę o trzykrotnej osi symetrii. Pod wpływem zewnętrznego naprężenia w krysztale pojawia si ę polaryzacja. Suma momentów dipolowych przy każ dym wierzchołku nie jest ju ż równa zeru.

6 Piezoelektryki Właściwości piezoelektryczne wykazuj ą między innymi kryształy kwarcu, winianu sodowo-potasowego (soli Seignette'a), turmalinu, fosforanów potasu i amonu. Tytanian baru i jego związki izomorficzne znajduj ą zastosowanie w postaci ceramiki. Polimer poli(fluorku winylidenu) (PVF 2 ) wykazuje efekt piezoelektryczny kilkakrotnie silniejszy ni ż krystaliczny kwarc.

7 Piezoelektryki Fizyczne wyjaśnienie powstawania polaryzacji elektrycznej w kwarcu pod wpływem naprężenia. Si + dodatni jon krzemu, O 2 ujemny jon tlenu.

8 Własności piezoelektryczne kryształów wykorzystuje si ę zarówno w doświadczalnych badaniach fizycznych, chemicznych i biologicznych, jak i w różnych urządzeniach przeznaczonych do użytku praktycznego. Pierwszym przykładem takiego wykorzystania jest sonar, po raz pierwszy zbudowany w trakcie I wojny światowej. We Francji w 1917 Paul Langevin ze współpracownikami wynaleźli ultradźwiękowy detektor okrętów podwodnych. Składa ł si ę on z piezoelektrycznego nadajnika, zbudowanego z kryształów kwarcu wklekonych pomiędzy dwie płyty, oraz hydrofonu do odbioru sydnału echa. Przez pomiar czasu pomiędzy sygnałem i echem można było określi ć odległo ść do podwodnych obiektów.

9 Zastosowania piezoelektryków Przykładem zastosowania piezoelektryków w aparaturze naukowo badawczej może być układ pozycjonujący igłę w mikroskopie tunelowym (STM) Obraz STM powierzchni grafitu

10 Silnik piezoelektryczny (USM)

11 Kryształy piezoelektryczne pracują zarówno jako przetworniki sygnału elektrycznego na mechaniczny, jak i mechanicznego na elektryczny. Rysunek obok przedstawia przetwornik służący do pomiaru siły. Buduje si ę równie ż podobne przetworniki do pomiaru ciśnienia i przyspieszenia, a także elementy tensometryczne.

13 Piezoelektryczne mikropompy s ą elementami drukarek atramentowych Większe urządzenia mog ą służyć do bardzo precyzyjnego dawkowania płynów.

14 Bardzo klasycznym zastosowaniem piezoelektryków s ą przetworniki elektroakustyczne. Mikrofony

15 Bardzo klasycznym zastosowaniem piezoelektryków s ą przetworniki elektroakustyczne. Gramofon krystaliczny (już tylko ciekawostka...) Głośniki

16 Bardzo klasycznym zastosowaniem piezoelektryków s ą przetworniki elektroakustyczne - równie ż w zakresie ultradźwięków. Brzęczyk dentystyczny... Brzęczyk sygnalizacyjny

17 W zakresie akustycznym jak i ultradźwięków stosuje się przetworniki piezoelektryczne w urzą dzeniach hydrolokacyjnych. Przetworniki turmalinowe stosuje si ę do pomiaru ciśnie ń hydrostatycznych.

18 Transformatory piezoelektryczne mog ą by ć źródłami wysokiego napięcia.

19 Kwarc i ceramiki z tytanianu baru stosowane są równie ż do stabilizacji częstotliwości drga ń generatorów. Poprzez odpowiednie wycinanie fragmentu kryształu można otrzyma ć rezonatory kwarcowe o bardzo wielkiej stabilności częstotliwości drga ń.

20 Rezonatory kwarcowe

21 Bardziej złożone układy kryształów wykorzystuje si ę do budowy filtrów elektrycznych. Poniżej przedstawiono filtr kwarcowy i jego schemat zastępczy.

22 Bardzo nowoczesnym zastosowaniem rezonatorów na kryszta ach ł piezoelektrycznych jest budowa czujników biochemicznych.

Podobne dokumenty

Pole elektryczne w ośrodku materialnym

Pole elektryczne w ośrodku materialnym Ryszard J. Barczyński, 2017 Politechnika Gdańska, Wydział FTiMS, Katedra Fizyki Ciała Stałego Materiały dydaktyczne do użytku wewnętrznego Stała dielektryczna Stała