Jedan od problema suvremene elektronike i elektrotehnike je pretvaranje električne struje u mehaničko kretanje i obrnuto. Nastaje zbog različite prirode mehaničkog kretanja i električne struje. Postoje različiti pristupi rješavanju ovog problema, a svaki ima svoju klasu uređaja. Slijedi rasprava o piezoelektričnoj tehnici.
Bit piezoelektričnog efekta i njegova glavna svojstva
Prva izvješća o piezoelektričnom efektu objavila su 1880. godine u Francuskoj braća Curie. Otkrili su da se tijekom mehaničke deformacije kvarca i nekih drugih kristalnih materijala pritiskom, kompresijom, istezanjem i uvijanjem na njemu pojavljuje električni naboj. Autori otkrića nazivali su takve naboje piezoelektričnošću iz grčke riječi "drobiti". U skladu s tim, materijali koji posjeduju ovo svojstvo dodijeljeni su grupi pijezoelektrika.
Izuzetna kvaliteta piezoelektričnog efekta je njegova reverzibilnost, kao što je prikazano na slici 1. Drugim riječima, bilo koji piezoelektrični materijal ne samo da stvara električni naboj pod pritiskom, već također počinje mijenjati svoj volumen kada je u električnom polju.
Piezoelektrični uređaji široko se koriste u modernoj tehnologiji. To je olakšano:
- jeftinoća, rasprostranjenost i jednostavnost obrade piezoelektričnih materijala;
- dobra stabilnost njihovih električnih i mehaničkih karakteristika tijekom vremena.
Od male važnosti je činjenica da su veličina samog naboja i mehanička pomicanja u nekim su slučajevima dovoljni za njihovu izravnu uporabu bez uključivanja dodatnih pojačala.
Neka područja primjene
Evo samo nekoliko primjera piezoelektrične tehnologije za masovnu uporabu.
Ručni piezo upaljač krenuo je u masovnu prodaju davnih 70-ih. posljednje stoljeće. Električna energija koja se pojavi na kristalu pritiskom na tipku odlazi na elektrode između kojih, kada se isprazni, iskra skoči i zapali plin. Trenutno su plinske peći srednjih i starijih modela opremljene ugrađenim elementima, slika 2.
Piezo filtar popularan je u elektronici zbog činjenice da kao mehanički sustav piezo kristal ima vrlo visoku vibracijsku vrijednost. Kao rezultat, može značajno smanjiti širinu pojasa filtriranja i učinkovito razdvajati signale jedni od drugih.
Sonar koristi kristal kao odašiljač zvučnih zvukova i kao prijamnik signala, reflektira se od bilo koje podvodne prepreke (dna, ribe, nanosa, podmornice itd.), slika 3.
Mikrokretanja elemenata za fokusiranje televizijskih kamera, elektroničko-mehaničkih prekidača optičkih signala i ostalih elemenata. Povoljno u tome što stvaraju linearno gibanje izravno bez posredne transformacije iz rotacijskog.
Zujalice mobitela koje vibriraju poziv u nečujnom načinu.
Piezo glave za inkjet pisače za kontrolu postupka nanošenja tinte na papir.