Piezoelektro

Piezoelektro (ankaŭ piezoelektreco, piezoelektra efiko) estas tiu fizika fenomeno, kiam aperas pozitivaj kaj negativaj elektraj ŝargoj sur ambaŭ flankoj de kelkaj nekonduka kristalo, je efiko de meĥanika premo. Oni eluzas tiun fenomenon en multaj ĉiutagaj iloj kiel ekz. en mikrofono, sonkaptiloj de la gramofonoj kaj ondofiltriloj de la telefonaparatoj.

La vorto originas de la greka lingvo: πιέζειν piezein‚ premi, apogi kaj ἤλεκτρον elektron, sukceno.

Piezo estas la unuo de premo, egala al la unuforma premo sur kvadratmetra ebenaĵo de unutuna forto; ĝi egalas al 10³ paskaloj.

 La funkcio 
La meĥanika premo polarizas la elektre neŭtralajn kristalojn, ĉar tio forŝovas unu de la alia la centron de la pozitivaj kaj negativaj ŝargoj. Tiel aperas samgranda, sed kontraŭaj ŝargoj en kontraŭaj flankoj de la kristalo.

Tiu disiĝo de la ŝargoj aperas kiel potencialdiferenco (tensio), kiu estas mezurebla. La efiko funkcias eĉ inverse. La kristalo deformiĝas, estiĝas meĥanikaj osciladoj je efiko de ŝanĝiĝanta elektra kampo.

 Historio 
La fenomenon de la piezoelektra efiko malkovris en 1880 la francaj Pierre kaj Paul-Jacques Curie. Ili rimarkis post unu jaro eĉ la inversan efikon de la piezoelektra efiko.

Oni uzis la inversan piezoelektran efikon dum la unua mondmilito en simplaj, frutempaj submarŝip-sensaj sonaroj (ili estigis sonojn per tio). Oni uzis la efikon poste kiel frekvenco-reguligilo en komunikiloj.

Dum la dua mondmilito, oni pretigis el piezoelektra kristalo la eksplodilon de la aeraj bomboj. Kiam la bombopinto tuŝis la grundon, la kristalo estigis fajreron kaj tio eksplodigis la eksplodaĵon.

Postaj uzoj estas en elektraj aparatoj, mezuriloj, mikrofonoj ks.

 Tipoj de la piezoelektra materialo 
Multaj materialoj montras piezoelektron. Ekzemploj inkluzivas:

 Kristalaj materialoj 

 Langasito (La3Ga5SiO14) - kvarc-analoga kristalo
 Galiuma ortofosfato (GaPO4) - kvarc-analoga kristalo
 Litia niobato (LiNbO3)
 Litia tantalato (LiTaO3)
 Kvarco
 Berlinito (AlPO4) - malofta fosfata mineralo, kiu estas strukture identa al kvarco
 Rochelle-salo
 Topazo - piezoelektro en topazo verŝajne povas esti atribuita al la ordigo de la (F,OH) en ĝia krado, kiu alie estas centrosimetria: ortoromba bipiramida (mmm). Topazo havas anomaliajn optikajn ecojn, kiuj estas atribuitaj al tia ordigo.Akizuki, Mizuhiko; Hampar, Martin S.; Zussman, Jack (1979). "Klarigo pri anomaliaj optikaj ecoj de topazo". Mineralogical Magazine. 43 (326): 237–241. Bibcode:1979MinM...43..237A. doi:10.1180/minmag.1979.043.326.05.
 Turmalinaj mineraloj
 Plumba titanato (PbTiO3) - kvankam ĝi troviĝas en la naturo kiel mineralo macedonito,Radusinović, Dušan & Markov, Cvetko (1971). "Macedonito - plumbotitanato: nova mineralo" (PDF). Amerika Mineralogo. 56: 387–394. Arkivita (PDF) el la originalo je 2016-03-05.Burke, E. A. J.; Kieft, C. (1971). "Dua apero de makedonito, PbTiO3, Långban, Svedio". Lithos. 4 (2): 101–104. Bibcode:1971Litho...4..101B. doi:10.1016/0024-4937(71)90102-2. ĝi estas sintezita por esplorado kaj aplikoj.

 Ceramikaĵoj 
Ceramikaĵoj kun hazarde orientitaj grajnoj devas esti feroelektraj por montri piezoelektron.Jaffe, B.; Cook, W. R.; Jaffe, H. (1971). Piezoelektra Ceramikaĵo. Novjorko: Akademia.

 Plumba zirkonata titanato (Pb[ZrxTi1−x]O3 kun 0 ≤ x ≤ 1) – pli ofte konata kiel PZT, la plej ofta piezoelektra ceramikaĵo uzata hodiaŭ.
 Kalia niobato (KNbO3)Ganeshkumar, Rajasekaran; Somnath, Suhas; Cheah, Chin Wei; Jesse, Stephen; Kalinin, Sergei V.; Zhao, Rong (2017-12-06). "Malkodado de Ŝajna Feroelektro en Perovskitaj Nanofibroj". ACS Applied Materials & Interfaces. 9 (48): 42131–42138. doi:10.1021/acsami.7b14257. PMID 29130311.
 Natria volframato (Na2WO3)
 Ba2NaNb5O5
 Pb2KNb5O15
 Zinka oksido (ZnO) – Wurzita strukturo. Dum unuopaj kristaloj de ZnO estas piezoelektraj kaj piroelektraj, polikristala (ceramika) ZnO kun hazarde orientitaj grajnoj montras nek piezoelektran nek piroelektran efikon. Ne estante feroelektra, polikristala ZnO ne povas esti polarigita kiel baria titanato aŭ PZT. Ceramikaĵoj kaj polikristalaj maldikaj filmoj de ZnO povas montri makroskopan piezoelektron kaj piroelektron nur se ili estas teksturitaj (grajnoj estas preferate orientitaj), tiel ke la piezoelektraj kaj piroelektraj respondoj de ĉiuj individuaj grajnoj ne nuliĝas. Ĉi tio estas facile plenumata en polikristalaj maldikaj filmoj.Damjanovic, Dragan (1998). "Feroelektraj, dielektraj kaj piezoelektraj ecoj de feroelektraj maldikaj filmoj kaj ceramikaĵoj". Raportoj pri Progreso en Fiziko. 61 (9): 1267–1324. Bibcode:1998RPPh...61.1267D. doi:10.1088/0034-4885/61/9/002.Chin Trento, Stanford Advanced Materials, Pli Proksima Rigardo al Piezoelektra Kristalo, Prenita la 8an de marto 2025.

 Senplumbaj piezoceramikaĵoj 

 Natria kalia niobato ((K,Na)NbO3). Ĉi tiu materialo ankaŭ konatas kiel NKN aŭ KNN. Certaj komponaĵoj de ĉi tiu materialo montriĝis reteni altan mekanikan kvalitfaktoron (Qm ≈ 900) kun kreskantaj vibradniveloj, dum la mekanika kvalitfaktoro de malmola PZT degradas en tiaj kondiĉoj. Ĉi tiu fakto igas NKN promesplena anstataŭaĵo por altpotencaj resonancaj aplikoj, kiel ekzemple piezoelektraj transformiloj.Gurdal, Erkan A.; Ural, Seyit O.; Park, Hwi-Yeol; Nahm, Sahn; Uchino, Kenji (2011). "High Power (Na0.5K0.5)NbO3-Based Lead-Free Piezoelectric Transformer". Japanese Journal of Applied Physics. 50 (2): 027101. Bibcode:2011JaJAP..50b7101G. doi:10.1143/JJAP.50.027101.
 Bismuta ferito (BiFeO3) - promesplena kandidato por la anstataŭaĵo de plumbbazitaj ceramikaĵoj.
 Natria niobato (NaNbO3)
 Baria titanato (BaTiO3) - Baria titanato estis la unua piezoelektra ceramikaĵo malkovrita.
 Bismuta titanato (Bi4Ti3O12)
 Natria bismuta titanato (NaBi(TiO3)2)

 Vidu ankaŭ 
 Piezometro
 Premsentilo

 Fontoj 
 PIV

 Referencoj 

Kategorio:Fiziko