압전 재료 80 년대 후반부터 존재 해 왔으며 게임을 바꾸는 많은 발명품의 길을 닦았습니다. 형태로 봉사 꿈 세계 대전에서 이러한 재료는 이제 발명가의 눈을 사로 잡았습니다. 신비한 특성 . 무선 센서 네트워크 , 사물 인터넷 21 세기 기술 시대를 지배합니다. 이러한 참신함을 유지하기 위해 전력 요구 사항이 가장 큰 과제가되었습니다. 지속 가능하고 신뢰할 수있는 재생 에너지 출처 연구자들이 선구적인 전력 수확기를 우연히 발견하게 만들었습니다. 압전 재료 . 이 새로운 시대를 탐험하기 위해 여행을 떠나자 전력 수확기.
압전 재료는 무엇입니까?
무엇을 알고 압전 재료 압전이라는 용어가 무엇을 의미하는지 알아야합니다. 에 피에조 전기 '피에조'라는 용어는 압력 또는 스트레스를 나타냅니다. 그러므로 피에조 전기 '기계적 응력 또는 장력의 적용에 의해 생성되는 전기'로 정의되며이 특성을 나타내는 재료는 다음 범주에 속합니다. 압전 재료 . 이 자료의 발견에 대한 크레딧은 자크 퀴리 경 (1856–1941) 과 피에르 퀴리 (1859 ~ 1906) . 석영, 사탕 수수 등의 특정 결정질 광물을 실험하는 동안, 그들은 이러한 물질에 힘이나 장력을 가하면 적용된 부하에 적절한 크기로 반대 극성의 전압이 생성된다는 것을 발견했습니다. 이 현상은 다음과 같이 명명되었습니다. 곧장 피에조 효과 .
다음 해에 Lippman 이러한 전압 생성 결정 중 하나가 전기장에 노출되면 적용된 장의 극성에 따라 길어 지거나 짧아진다는 Converse 효과를 발견했습니다. 압전 재료 Quartz가 SONAR에서 공진기로 사용되었을 때 WW1에서 그들의 역할을 인정 받았습니다. 제 2 차 세계 대전 기간 동안 합성 압전 재료가 발견되어 나중에 압전 장치 . 압전 재료를 사용하기 전에 이러한 재료를 압전으로 만드는 특성을 알아야합니다.
압전 재료의 특성과 작동 원리
압전 재료의 비밀은 고유 한 원자 구조에 있습니다. 압전 재료는 이온 결합되며 단위 셀이라고하는 쌍의 형태로 양이온과 음이온을 포함합니다. 이러한 자료는 자연적으로 다음과 같이 사용할 수 있습니다. 이방성 유전체 와 비 중심 대칭 결정 격자 즉, 무료 전하가 없으며 이온에는 대칭 중심이 없습니다.
직접 압전 효과
이러한 물질에 기계적 응력이나 마찰이 가해지면 양이온과 음이온의 순 이동으로 인해 결정의 원자 구조의 기하학적 구조가 변하여 결과적으로 전기 쌍극자 또는 분극 . 따라서 결정은 유전체에서 하전 된 물질로 변합니다. 생성되는 전압의 양은 크리스탈에 가해지는 응력 또는 장력의 양에 정비례합니다.
직접 압전 효과
컨버스 압전 효과
언제 전기 이 결정에 적용됩니다. 전기 쌍극자가 나타나 결정의 변형을 일으키는 쌍극자 운동을 형성하여 대화를 유발합니다. 압전 효과 그림과 같이.
컨버스 압전 효과
합성 압전 재료
인공 압전 재료 처럼 압전 세라믹 자발 분극 (강유전성)을 나타냅니다. 즉, 전기장이 적용되지 않은 경우에도 구조에 쌍극자가 존재합니다. 여기에 금액 압전 효과 생산은 원자 구조에 크게 좌우됩니다. 구조에 존재하는 쌍극자는 이웃하는 쌍극자가 동일한 정렬을 갖는 도메인 영역을 형성합니다. 처음에는 이러한 도메인이 무작위로 배향되어 순 편극이 발생하지 않습니다.
퀴리 포인트 위와 아래의 페 로브 스카이 트 결정 구조
이러한 세라믹이 Curie 포인트를 통과 할 때 이러한 세라믹에 강한 DC 전기장을 적용하면 도메인이 적용된 전기장의 방향으로 정렬됩니다. 이 과정을 투표 . 실온으로 냉각하고 적용된 전기장을 제거한 후 모든 도메인은 방향을 유지합니다. 이 과정이 끝나면 도자기는 압전 효과 . 석영과 같은 기존의 천연 압전 재료는 표시되지 않습니다. 강유전성 행동 .
압전 방정식
압전 효과는 다음과 같이 설명 할 수 있습니다. 압전 커플 링 방정식
직접 압전 효과 : S = sE .T + d. 이자형
반대 압전 효과 : D = d.T + εT.E
어디,
D = 전기 변위 벡터
T = 스트레스 벡터
sE = 일정한 전계 강도에서 탄성 계수 행렬,
S = 변형 벡터
εT = 일정한 기계적 변형에서 유전체 매트릭스
E = 전기장 벡터
d = 직접 또는 반대 압전 효과
서로 다른 방향으로 적용되는 전기장은 압전 재료에서 서로 다른 양의 응력을 생성합니다. 따라서 적용된 필드의 방향을 알기 위해 계수와 함께 부호 규칙이 사용됩니다. 방향을 결정하기 위해 축 1, 2, 3은 X, Y, Z와 유사하게 사용됩니다. Poling은 항상 3의 방향으로 적용됩니다. 이중 첨자가있는 계수는 전기적 및 기계적 특성을 첫 번째 첨자가 방향을 설명하는 첨자와 관련시킵니다. 적용되는 전압 또는 생성 된 전하에 따라 전기장. 두 번째 아래 첨자는 기계적 응력의 방향을 나타냅니다.
전기 기계 결합 계수는 두 가지 형태로 발생합니다. 첫 번째는 작동 용어 d이고 두 번째는 센서 용어 g. 압전 계수는 표기법과 함께 설명 할 수 있습니다. d33
어디,
d는 적용된 응력이 세 번째 방향임을 지정합니다.
3은 전극이 세 번째 축에 수직임을 지정합니다.
3은 압전 상수를 지정합니다.
“도체 및 절연체의 특성 ”
압전 재료는 어떻게 작동합니까?
위에서 설명한대로 압전 재료는 두 가지 모드 :
- 직접 압전 효과
- 컨버스 압전 효과
이러한 모드의 적용을 이해하기 위해 각각의 예를 들어 보겠습니다.
직접 압전 효과를 사용하는 Heal-Strike Generator :
DARPA 병사들에게 휴대용 발전기를 장착하기 위해이 장치를 개발했습니다. 신발에 이식 된 압전 물질은 병사가 걸을 때 기계적 스트레스를 경험합니다. 직접 때문에 압전 속성 , 재료는 이러한 기계적 스트레스로 인해 전하를 생성합니다. 이 요금은 다음에 저장됩니다. 커패시터 또는 배터리 따라서 이동 중에도 전자 장치를 충전하는 데 사용할 수 있습니다.
힐 스트라이크 생성기
Converse Piezoelectric Effect를 사용하는 시계의 수정 진동자
시계에는 수정 . 배터리의 전기가 회로를 통해이 결정에 가해지면 압전 효과가 발생한다. 전하를 가할 때이 효과로 인해 수정은 초당 32768 번의 주파수로 진동하기 시작합니다. 회로에있는 마이크로 칩은 이러한 진동을 계산하고 시계의 초침을 회전시키는 초당 규칙적인 펄스를 생성합니다.
시계에 사용되는 Converse Piezo 효과
압전 재료의 용도
그것의 독특함 때문에 특성, 압전 재료 다양한 기술 발명에서 중요한 역할을 맡았습니다.
직접 피에조 효과 사용
- 일본의 기차역에서“ 군중 농장 ”는 도로에 박힌 압전 타일 위 보행자의 발자취가 전기를 생산할 수있는 곳에서 테스트되었습니다.
- 2008 년 런던의 한 나이트 클럽은 사람들이 춤을 추면 전구에 전력을 공급할 수있는 전기를 생성 할 수있는 압전 재료로 만든 최초의 친환경 층을 건설합니다.
- 압전 효과는 기계적 주파수 필터로 유용한 응용 프로그램을 찾습니다. 표면 탄성파 장치 , 벌크 음향 파 장치 등…
- 사운드 및 초음파 마이크와 스피커, 초음파 이미징 , 수중 청음기.
RoadWays의 압전 효과
Converse Piezoelectric Effect의 사용
- 액추에이터 과 모터
- 현미경 용 렌즈의 미세 정밀 배치 및 미세 정밀 조정.
- 프린터의 바늘 드라이버, 소형 모터, 바이 모프 액추에이터.
- 광학 분야의 미세 위치 지정을위한 다층 액추에이터
- 자동차 연료 밸브 등의 분사 시스템…
카메라의 미세 조정으로서의 피에조 전기 효과
전기 및 기계 분야를 결합하여 :
- 재료의 원자 구조 조사.
- 토목, 산업 및 항공 우주 구조물의 초기 단계에서 구조 무결성을 모니터링하고 결함을 감지합니다.
압전 재료의 장점과 한계
압전 재료의 장점과 한계는 다음과 같습니다.
장점
- 압전 재료는 모든 온도 조건에서 작동 할 수 있습니다.
- 그들은 낮습니다 탄소 발자국 화석 연료를위한 최고의 대안이되었습니다.
- 이러한 재료의 특성으로 인해 최고의 에너지 수확기입니다.
- 진동의 형태로 손실 된 미사용 에너지를 탭하여 녹색 에너지를 생성 할 수 있습니다.
- 이러한 재료는 재사용 할 수 있습니다.
한계
- 진동으로 작업하는 동안 이러한 장치는 원치 않는 진동도 포착하는 경향이 있습니다.
- 저항 및 내구성은 포장 도로 및 도로에서 에너지를 사용하는 데 사용할 때 장치에 제한을 적용합니다.
- 압전 재료와 포장 재료의 강성 사이의 불일치.
- 이러한 장치에 대해 잘 알려지지 않은 세부 사항과 현재까지 수행 된 연구의 양은 이러한 장치를 최대한 활용하기에 충분하지 않습니다.
“필요는 발명의 어머니”라고 말하면서 번잡함이없는 저탄소 발자국 에너지 수확 장치에 대한 우리의 필요성은 압전 재료 다시 각광을 받고 있습니다. 이러한 재료는 어떻게 한계를 극복 할 수 있습니까? 우리는 여행하는 데 사용되는 연료의 양에 대해 걱정하는 대신 자동차가 생성 한 전력의 양만 궁금해하는 미래를 향해 가고 있습니까? 어떻게 생각해? 여기에 질문이 있습니다. 최고의 압전 재료는 무엇입니까?
