piezoelektrilist

Piezoelektrilisus on nähtus, kus teatud materjalid tekitavad elektrilaengut mehhaanilise koormuse mõjul ning vastupidi deformeeruvad elektrivälja rakendamisel. Otsene piezoelektriline efekt tähendab, et mehhaaniline koormus tekitab laengu; vastuv efekt tähendab, et elektriväli põhjustab materjali mehaanilise deformatsiooni. Selle efekti realiseerumiseks peab materjali kristallistruktuur olema mitte-centrosümmeetriline.

Kõige tuntumad piezoelektrilised materjalid on looduslik kvarts ning tehislikud keraamad ja polümeerid, nagu PZT (lead zirconate titanate), BaTiO3 ja PVDF. PZT-del on suur piezoelektriline koefitsient ja seetõttu laialdane kasutus, kuid need sisaldavad plii, mis on keskkonnale ja tervisele kahjulik. Seetõttu arendatakse aktiivselt leadivabu alternatiive.

Piezoelektrilisi elemente kasutatakse laialdaselt sensorites (koormuse, rõhu ja vibratsiooni mõõtmine), aktuaatorites (väikesed liikumised ja täpne positsioneerimine), ultraheli transduktorites ning meditsiinilised ja tööstuslikud rakendustes. Neid kasutatakse ka energiavarustuse ja energiaringluse valdkondades, kus mehhaanilist energiat muudetakse elektrienergiaks või vastupidi.

Ajalugu: piezoelektrilisus avastati 1880. aastal Curie'de poolt. 20. sajandi keskpaigaks olid piezoelektrilised materjalid muutunud olulisteks komponentideks paljudes elektrotehnika seadmetes, eriti täpse juhtimise ja suurimaid jõudluse nõudvates rakendustes.

Omadused ja piirangud: neil materjalidel on suur tundlikkus ja kiire reageerimine, kuid töötemperatuuridel sõltub vastus ja toimivus. Curie temperatuur piirab kasutust; plii sisaldus PZT-s tekitab keskkonna- ja terviseriske, mistõttu tööstus liigub üha enam leadivabade lahenduste suunas.