piezoelektrisillä

Piezoelektrisyys on ilmiö, jossa tietyt kiteiset materiaalit muuttavat mekaanista jännitystä sähköiseksi varaukseksi ja vastaavasti sähköinen jännite saa aikaan mekaanista liikettä tai muodonmuutosta. Tämä kaksisuuntainen vaikutus tunnetaan direktiivisenä ja konversiopisteinä: mekaanisen voiman aiheuttama sähkövaraus sekä sähköinen voima aiheuttama mekaaninen vaste. Piezoelektriset materiaalit tarvitsevat rakenteeltaan ei-sentraalisesti-keskitetyn (ei-centrosymmetristen) kiderakenteen.

Materiaalit ja ominaisuudet: Luonnollisia piezoelektrisiä materiaaleja ovat esimerkiksi kvarts (SiO2) ja joihinkin olosuhteisiin muodostuvat Rochelle-sokeri-krystallit. Käytännössä suurin osa sovelluksista perustuu ferroeerisiin keraameihin kuten Pb(ZrTi)O3 eli PZT sekä bariumtitaatti BaTiO3. Myös polymeeriset piezoelektriset materiaalit kuten PVDF-tyyppiset polymeerit käytetään joustavissa sovelluksissa. Piezoelektrisyys liittyy domain-hallintaan ja polarisointiin; monia materiaaleja voidaan kääntää nopeasti suuria sähköisiä vasteita varten poltoamalla (poling). Ominaisuudet, kuten sähkökakos- ja mekaaninen hyötysuhde sekä kestö lämpötilan vaihteluille (Curie-temperatuuri), vaikuttavat soveltuvuuteen.

Sovellukset: Piezoelektrisiä materiaaleja käytetään laajasti antureissa ja aktuoinneissa (kosteus, voima, kiihtyvyys, paine), ultrasonografiassa ja transduktoreissa sekä energiaharvest- ja MEMS-ratkaisuissa. Tarkkaa liikettä voidaan hallita pienillä voimilla ja erittäin suurilla taajuuksilla, mikä tekee niistä keskeisiä komponentteja esimerkiksi katselulaitteissa, tulostimissa sekä lääketieteellisissä laitteissa. Kestävyys, häiriöiden herkkyys ja ympäristötekijät asettavat rajoitteita, mutta materiaalien kehitys on parantanut suorituskykyä jatkuvasti.