piezoelektrisk

Piezoelektrisk beskriver egenskapen hos vissa material att generera elektrisk laddning när de utsätts för mekanisk stress, eller att deformeras när ett elektriskt fält tillämpas. Effekten är reversibel i de flesta piezoelektriska material, vilket gör dem användbara som sensorer, aktuatorer och transduktorer. Kristallstrukturen saknar ofta centrum av inversion, vilket möjliggör polarisation av domäner och en nettoelektrisk laddning vid mekanisk påverkan.

Den direkta piezoelektriska effekten uppstår när mekanisk belastning skapar polarisering och spänning i materialet. Den omvända effekten gör att ett elektriskt fält orsakar deformation. För stark och enhetlig effekt krävs polning, en process där materialet exponeras för ett starkt elektriskt fält för att alignera domänerna och öka effekten.

Historik och material: effekten observerades 1880 av Pierre och Jacques Curie i kvarts, samt Rochelle-salt. Under 1900-talet utvecklades först kommersiella piezoelektriska material i form av kristaller, och senare keramiska material som zirkon-titanat (PZT) gav betydligt större förstärkning. Naturliga kristaller som kvarts, litiumniobat och polymerer som PVDF används också i olika tillämpningar. Många tillämpningar har dominerats av blybaserade keramiska material, men miljö- och hälsoregler ökar intresset för blyfria alternativ som till exempel KNN eller BNT.

Användningar och begränsningar: piezoelektriska enheter används i sensorer och mätare (tryck- och accelerometers), ultraljudstransducera och medicinska bildsystem, samt som precisionsaktuatorer i MEMS och i energihämtning från vibrationer. Begränsningar inkluderar temperaturberoende och åldringsfenomen, keramiska material som är spröda kräver skyddande konstruktioner, samt behov av polning och kostnads- och miljöaspekter i materialval.

---