Piezoelektriske

Piezoelektricitet er et elektromekanisk fænomen, hvor visse krystal-, keramiske og polymermaterialer genererer elektriske ladninger, når de udsættes for mekanisk tryk eller deformation, og omvendt deformeres, når et elektrisk felt påføres. Den direkte piezoelektriske effekt beskriver spændingsudvikling ved belastning, mens den omvendte effekt beskriver mekanisk strækning som følge af et elektrisk felt. Fænomenet blev opdaget i 1880 af Jacques og Pierre Curie i kvarts og andre ikke-centrosymmetriske krystaller.

Materialerne spænder fra naturlige krystaller såsom kvarts, topas og tourmalin til syntetiske keramiske og polymeriske varianter som PZT (lead zirconate titanat), BZT, PMN-PT og PVDF. Piezoelektricitet forekommer kun i ikke-centrosymmetriske materialer; i polykrystaller kræves poling, en opvarmet elektrisk behandling, for at orientere domænerne og opnå maksimal kobling.

Anvendelserne er mange og inkluderer sensorer og aktuatorer samt forskellige transducere. Ultralydundersøgelser, tryk- og accelerationssensorer, samt præcis positionsstyring drager fordel af høj electromechanical kobling. Kvarts og andre krystalbaserede materialer anvendes i klokkegeneratorer og præcisionsmåleinstrumenter, mens PZT- og PMN-PT-ceramikker ofte bruges i kraftige aktuatorer og medicinske ultralydstransducere. Ydeevnen måles i piezoelektriske koefficienter (f.eks. d33, d31), dielektrisk konstant og temperaturstabilitet. Fordele inkluderer høj kobling og brede frekvensområder; ulemper omfatter skrøbelighed hos keramiske materialer og depolarisation ved høje temperaturer.