Piezoelektricitet

Piezoelektricitet är ett fysikaliskt fenomen där mekanisk deformation i vissa kristallina material skapar elektrisk polarisering (direkta effekten) och där en applicerad elektrisk spänning ger upphov till mekanisk deformation (omvända effekten). Effekten uppdagades av bröderna Jacques och Pierre Curie 1880 och bygger på att materialets atomära struktur saknar centrum för symmetri, vilket gör att förskjutningar av joner skapar ett nettodipolmoment.

Mekaniskt beskrivs sambandet ofta med linjära konstitutiva samband där elektrisk förskjutning och mekanisk spänning kopplas via piezokonstanter (d- eller e-värden), tillsammans med materialets elastiska och dielektriska egenskaper. Storleken och riktningen hos piezoeffekten beror på kristallorientering och materialtyp.

Vanliga piezoelektriska material är kvarts och Rochelle-salt (naturliga kristaller), keramiska material som bly-zirkonat-titanat (PZT) samt polymerer som PVDF. Särskilda sammansättningar utan bly utvecklas av miljö- och hälsoorsaker.

Tillämpningar är många: sensorer (accelerometrar, tryckgivare, mikrofoner), aktuatorer (precisionsrörelser, inkjet-skrivare), ultraljudstransduktorer, tändanordningar och energiskördning från vibrationer. Fördelar inkluderar hög känslighet, snabb respons och möjlighet till miniaturisering. Begränsningar är sprödhet hos keramiker, temperaturberoende, åldrande och miljöfrågor kring blyhaltiga material. Piezoelektricitet är viktig inom mätteknik, medicinsk bilddiagnostik och mikromechaniska system.