مقدمه ای بر مواد پیزوالکتریک و پیزو الکتریسیته
مقدمه
رفتار پیزوالکتریک در ابتدا در برخی کریستالها مشاهده شد. پدیده پیزوالکتریک توسط پیرکوری و جک کوری[۱] (شکل ۳-۱) در خلال مطالعه اثرات فشار بر روی بلورهایی از قبیل کوارتز[۲]، ترمالین[۳] و نمک راشل[۴] جهت تولید بار الکتریکی، کشف گردید. نتایج آنها بدین صوررت بیان شد که بلورها یک یا چند محور دارند که انتهای آنها بیشباهت است و به آنها بلورهای نصفه وجهی اریب شکل گفته میشود. آنها خواص فیزیکی ویژهای دارند، به طوری که اگر تحت تغییرات دمایی قرار بگیرند دو قطب مخالف در انتهای محورهای آنها ظاهر میشود. این پدیده با نام پیزوالکتریک شناخته شد. با اعمال فشار به کوارتز و بلورهای نظیر آن، بارهای مثبت و منفی در روی سطح آنها تولید خواهد شد (شکل ۳-۲). مقدار این بارها متناسب با فشار خارجی وارد شده میباشد و همچینین نشان دادند که اگر به بلورها ولتاژی اعمال شود ابعاد نمونه تغییر خواهد کرد [۴۰].
بر طبق تاریخچه پیزوالکتریسیته [۴۱, ۴۲]، در سال ۱۸۵۲ چارلز کولومب[۱] اولین شخصی بود که فرضیهای با این مضمون ارائه داد: الکتریسیته ممکن است بوسیله اعمال فشار در برخی مواد خاص حاصل شود. بنابراین، این تنها نظریه بود، تا هنگامی که “پدیده پیزوالکتریک مستقیم” در کوارتز توسط پیر کوری و جک کوری [۴۳] در سال ۱۸۸۲ کشف شد. آنها نیرویی را بر کریستال اعمال کردند و مقداری بار الکتریکی در سطح کریستال القا شد و همچنین دریافتند که اندازه بار الکتریکی متناسب با نیروی اعمالی میباشد.
لیپمن[۲] [۴۴] بیان کرد که هنگامیکه فشار اعمال میشود اگر یک ماده بتواند بار الکتریکی تولید کند، بنابراین عکس این اثر نیز ممکن است، چون هنگامی که بار الکتریکی القا شود کرنش مکانیکی میتواند گسترش یابد و این نظریه توسط نتایج تجربی برادران کوری حمایت شد [۴۵]. این دو حوزه بعنوان “اثر فشار-الکتریسیته مستقیم” و “اثر فشار-الکتریسیته معکوس” شناخته شده بود تا اینکه هنکل[۳] [۴۱] نام پیزوالکتریسیته را پیشنهاد داد. لرد کلوین[۴] در سال ۱۸۹۳ زمینه واقعی برای درک مفهوم پیزوالکتریک را فراهم کرد. او مدلی ارائه کرد که فهم پدیده را به شکل بهتری بیان میکرد. او اشاره کرد که متراکمسازی یک بلور پیزوالکتریک، نتیجه القاء بار است و همچنین اضافه یا کم کردن بار سطحی بلور تغییر شکل مکانیکی ایجاد خواهد نمود. وویت[۵] در سال ۱۸۹۴ معادلات حاکم بر رفتار خطی بلورهای پیزوالکتریک را بصورت تانسور بیان کرد. اما بعلت پیچیدگی دانش مربوطه، رشد کاربردی این مواد تا چند سال به تعویق افتاد، تا اینکه لانگوین[۶] و همکارانش در اواخر قرن نوزدهم موفق به ساخت مبدلهای پیزوالکتریک شدند. امروزه این مواد از پرکاربردترین مواد در زندگی روزمره بشر بشمار میآیند.
مواد پیزوالکتریک عضوی از خانوده فروالکتریکها میباشند که ساختار مولکولی آنها جهتدار است. از آنجایی که ماده یک جدایش بار الکتریکی موضعی را نشان میدهد مشهور به دو قطبی الکتریکی است. دو قطبیهای الکتریکی در ترکیب مواد پیزوالکتریک مصنوعی به طور تصادفی جهتدار هستند، بنابراین ماده اثر پیزوالکتریک را نشان نمیدهد. با این وجود، هنگامیکه یک میدان الکتریکی شدید اعمال میشود، دوقطبیهای الکتریکی خود را جهتیابی دوباره میکنند که در شکل ۳-۳ این موضوع نشان داده شده است [۴۶].
فهرست مطالب
۱- مواد پیزوالکتریک
۲- اثر پیزوالکتریسیته
۳- روابط حاکم بر پیزوالکتریک ها
۴- کاربردهای مواد پیزوالکتریک
منابع
هنوز بررسی‌ای ثبت نشده است.