첫번째 압전 효과는 1880년에 두 과학자의 형제, 즉 'Pierre Curie'와 'Jacques'에 의해 발명되었습니다. 압전 효과는 수정에 가해지는 압력으로 인해 발견되었으며, 수정이 물질에 전하를 형성하지 않는 경우 석영이 전하를 형성합니다. 그 후 그들은 피에조 효과와 같은 과학적 사실을 언급했습니다.
"큐리 형제"는 빠르게 "역압전 효과"를 발명했고, 결정 단자에 전기장이 필요할 때마다 왜곡이 발생한다는 사실을 확인한 후 이를 발견했습니다. 이를 역압전 효과라고 합니다. 피에조라는 이름은 그리스어에서 따온 것입니다.
1. 압전 효과란?
압전 효과는 적용된 기계적 압력에 대한 응답으로 전하를 생성하기 위한 특정 재료의 능력으로 정의할 수 있습니다. 이 효과의 독점적인 특성 중 하나는 되돌릴 수 있으며 똑바른 압전 효력을 표시하는 물자를 의미하고, 또한 반전 압전 효력을 표시합니다.
압전 효과는 적용된 기계적 응력에 대한 응답으로 특정 재료가 전하를 생성하는 능력입니다. 즉, 압력 또는 비틀림의 결과로 압전 결정의 반대쪽 사이의 전압 생성. 압전이라는 단어는 짜내거나 누르는 것을 의미하는 그리스어 piezein과 "밀기"에 대한 그리스어 인 piezo에서 파생됩니다.
압전 효과의 독특한 특성 중 하나는 가역적이라는 것인데, 이는 직접 압전 효과(응력이 가해질 때 전기의 생성)를 나타내는 재료가 역 압전 효과(전기장이 가해질 때 응력 생성)도 나타낸다는 것을 의미합니다. 압전 재료에 기계적 응력이 가해지면 재료의 양전하 및 음전하 중심의 이동이 발생하여 외부 전기장이 발생합니다. 역전될 때, 외부 전기장은 압전 재료를 늘리거나 압축합니다.
압전 효과는 소리의 생성 및 감지, 고전압 생성, 전자 주파수 생성, 마이크로 밸런스 및 광학 어셈블리의 초미세 초점과 관련된 많은 응용 분야에서 매우 유용합니다. 또한 스캐닝 프로브 현미경(STM, AFM 등)과 같은 원자 분해능을 가진 여러 과학적 도구 기술의 기초이기도 합니다. 압전 효과는 또한 담배 라이터의 발화원 역할과 같은 보다 일상적인 응용 분야에서도 사용됩니다.
압전 재료가 기계적 응력 아래에 위치할 때마다 재료 내의 +ve 및 -ve 전하 캐리어의 전달이 발생하며, 이는 외부 전기장 동안 발생합니다. 그들이 반전될 때, 외부 전기장은 또한 압전 물자를 확장합니다.
압전 효과의 응용 프로그램은 주로 제조 및 사운드 감지, 마이크로 밸런스, 고전압 세대 및 전자 주파수, 매우 미세한 광학 어셈블리 집중에 포함됩니다. 이것은 STM, AFM(스캐닝 프로브 현미경)과 같은 원자 해상도에 의한 과학적 도구 방법의 기초입니다. 압전 효과의 일반적인 응용 분야는 담배 라이터의 폭발원입니다.
2. 압전 효과 예제
전기는 압전 재료를 압착하여 생성할 수 있습니다. 크리스탈의 압전 효과는 아래 그림과 같습니다.
압전 효과는 압전 재료 압축 중에 발생합니다. 압전 결정과 같은 압전 재료는 아래 예에 표시된 두 개의 금속판 사이에 배치됩니다. 압전성은 기계적 응력을 가하여 재료를 압착할 때마다 생성될 수 있습니다.
위의 그림에서 재료 전체에 전압 전위가 있습니다. 위 회로의 금속판은 압전 결정으로 끼워질 수 있습니다. 두 개의 금속판은 전하를 모아 압전성으로 알려진 전압을 생성합니다.
이 방법에서 압전 효과는 전기를 생성하므로 작은 배터리로 작동합니다. 그래서 이것을 직접 압전 효과라고 합니다. 압력 센서, 마이크, 수중 청음기 및 감지 유형의 장치와 같은 직접 압전 효과를 사용할 수 있는 여러 장치가 있습니다.
3. 역 압전 효과
역 또는 역 압전 효과는 압전 효과가 반전 될 때마다로 정의 할 수 있습니다. 이것은 결정을 팽창시키기 위해 전기 에너지를 가하여 형성될 수 있습니다. 이 효과의 주요 기능은 전기 에너지를 기계 에너지로 변환하는 것입니다.
이 효과를 사용하여 오디오 음파를 생성하는 장치를 개발할 수 있습니다. 이러한 장치의 가장 좋은 예는 스피커, 그렇지 않으면 부저입니다.
이 스피커 사용의 주요 이점은 매우 얇아서 다양한 전화기에서 작동한다는 것입니다. 수중 음파 탐지기 변환기와 의료용 초음파도 역 압전 원리를 사용합니다. 비오디오 역 압전 장치는 액추에이터와 모터로 구성됩니다.
압전 결정 비틀림은 주파수에 따라 다른 방법으로 수행 할 수 있습니다. 이 비틀림은 진동 모드라고 할 수 있습니다. 크리스탈의 설계는 다양한 진동 모드를 달성하기 위해 다양한 모양으로 수행될 수 있습니다.
작고 비용 효율적이며 고성능 장치를 이해하기 위해 수많은 주파수 범위를 작동하도록 여러 모드가 확장되었습니다.
이러한 모드를 사용하면 낮은 kHz-MHz 범위 내에서 작동하는 제품을 만들 수 있습니다. 진동 모드는 굴곡, 세로, 면적, 반경, 두께 전단, 두께 트랩, 표면 음향파 및 BGS 파입니다.
세라믹은 압전 재료의 중요한 집합체입니다. Murata는 이러한 다양한 진동 모드와 세라믹을 사용하여 세라믹 판별기, 세라믹 트랩, 세라믹 BPF(대역 통과 필터), 세라믹 공진기, 버저 및 SAW 필터와 같은 수많은 가치 있는 제품을 만듭니다.
4. 압전 효과 응용 프로그램
압전 효과의 응용 분야는 다음과 같습니다.
- 압전 센서는 엔진 노크 센서, 압력 센서, 수중 음파 탐지기 장비 등과 같은 다양한 용도로 산업 응용 분야에서 사용됩니다.
- 압전 액추에이터는 디젤 연료 인젝터, 빠른 응답 솔레노이드, 광학 조정, 초음파 세척, 초음파 용접, 압전 모터, 스택 액추에이터, 스트라이프 액추에이터, 압전 릴레이 등과 같은 다양한 용도의 산업 응용 분야에 사용됩니다.
- 압전 변환기는 초음파 이미징, 초음파 절차와 같은 다양한 용도로 의료 응용 분야에 사용됩니다.
- 압전 액추에이터는 압전 프린터 (도트 매트릭스 프린터, 잉크젯 프린터), 압전 스피커 (휴대폰, 이어 버드, 사운드 생성 장난감, 음악 인사말 카드 및 음악 풍선), 압전 부저, 압전 가습기 및 전자 칫솔과 같은 가전 제품에 사용됩니다.
- 압전 재료는 악기 픽업 및 마이크와 같은 음악 응용 프로그램에 사용됩니다.
- 압전성은 Micro Robotics, Course-changing Bullets 등과 같은 방위 응용 분야에 사용됩니다.
- 압전성은 압전 점화기, 발전, MEMS (Microelectronic Mechanical Systems), 테니스 라켓 등과 같은 다른 응용 분야에 사용됩니다.
