|
رفتار سراميک
هاي پيزوالکتريک
رفتار پيزوالکتريک يا پيزوالکتريسيته عبارتست از توليد الکتريسيته ايجاد شده
توسط پلاريزاسيون توسط يک کريستال در اثر اعمال تنش.
زماني که يک ميدان الکتريکي به يک کريستال پيزوالکتريک اعمال شود، تحت کرنش
قرار ميگيرد که اصطلاحا آن را رفتار پيزوالکتريک معکوس مينامند.
شرط ضروري براي پيزوالکتريک بودن يک کريستال، عدم وجود تقارن مرکزي در ساختار
کريستالي است.
ترکيبات سرب-زيرکنات-تيتانات PZT با ساختار پروسکايت، ZnO و کوارتز مثالهايي از
مواد پيزوالکتريک هستند.
پيزوالکتريک Piezoelectric خاصيتي است که برخي کريستالها و از جمله کوارتز به
هنگام اعمال ولتاژ به آنها تحت فشار قرار مي گيرند يا به هنگام قرار گرفتن در
معرض فشار مکانيکي، يک ولتاژ توليد مي کنند از اين خاصيت بلور کوارتز در ساعت
استفاده مي کنند که با اعمال ولتاژ از طريق باطري ساعت و در نظر تعداد خاصي
نوسان بلور در يک ثانيه، ثانيه شمار ساعت به اندازه يک ثانيه پيش مي رود يکي
ديگر از کاربردهاي کوارتز به دليل داشتن خاصيت پيزوالکتريک، فرستنده هاي
راديويي، گيرنده هاي راديويي و کامپيوترهاست به نوعي مي توان گفت که تمام وسائل
منقول و غيرمنقول، دقت و ظرافت خاص خود را مديون اين خاصيت کوارتز هستند
تحقيقات نشان مي دهند که اگر پاندول درون يک زنگوله به شکل يک بلور کوارتز
ساخته شود و به حرکت درآيد و به اصطلاح زنگوله به صدا در بيايد، براي يک دقيقه
زنگ خواهد زد حقيقت اين امر در اينست که تقريبا هيچ انرژي در اين ماده تلف
نخواهد شد در صورتيکه محورهاي يک زنگ کوارتز دقيقا منطبق با محورهاي تک بلور
کوارتز باشد، داراي ولتاژ نوساني در سطح خود خواهد بود جالبتر اينکه ميزان اين
ولتاژ و نوسان آن هيچ ربطي به دما نخواهد داشت
به هر حال براي مطالعه بيشتر و مشاهده تصاوير مربوطه مي توانيد به آدرسهاي زير
مراجعه بفرمائيد:
http://www.howstuffworks.com/quartz-watch2.htm
http://www.krystallos.net/technique.html
http://www.rockhoundingar.com/quartz/experiments.html
http://www.globalspec.com/kistler/re...heory_text.htm
http://members.tripod.com/~albert51/maz.html
http://www.ieee-uffc.org/freqcontrol...ig/vigqrtz.htm
در بلورها پراکندگي و فاصله اجزا داراي نظم هندسي ويژه اي است که معمولا"
در تمام جهتها يکسان نيست برخلاف بلورها در جامدهاي بي شکل يا غير بلورين
پراکندگي و فاصله اجزاي سازنده آنها در همه جهتها يکسان است از اين رو بعضي از
خواص فيزيکي جامدهاي غير بلورين ? مانند رسانايي گرمايي ? انتشار نور و رسانايي
الکتريکي نيز در همه جهتها يکسان است به اين جامدهاي غير بلورين همسانگرد
ايزوتروپ مي گويند چون خواص فيزيکي بيشتر جامدهاي بلورين در جهتهاي مختلف
متفاوت است به آنها ناهمسانگرد آن ايزوتروپ مي گويند تنها بلورهايي که در
دستگاه مکعبي متبلور مي شوند مانند اجسام غير بلورين عمل مي کنند چون در سه جهت
فضايي داراي ابعاد مساوي هستند پديده ناهمسانگردي سبب پيدايش خواصي در بلورها
مي شود ? که کاربردهاي مختلف و مهمي در صنعت دارند مثلا" اگر بلورهايي مانند
کوارتز و يا تورمالين را از دو طرف بکشيم و يا فشار دهيم در جهت عمود بر فشار
يا کشش داراي بار الکتريکي مخالف يکديگر مي شوند اگر جهت اين فشار يا کشش را
عوض کنيم نوع بار الکتريکي تغيير مي کند به اين پديده پيزوالکتريک مي گويند
گرما در بعضي از بلورها الکتريسته ايجاد مي کند و سبب مي شود يک سوي آنها بار
مثبت و سوي مقابل بار منفي بيابد در نتيجه ميان اين دو سو اختلاف پتانسيل
الکتريکي به وجود مي آيد همچنين اگر به اين بلور جريان الکتريکي متناوب وصل
کنيم بلورها به تناوب منبسط و منقبض مي شوند و بر اثر ارتعاش ? صوت توليد مي
کنند از اين خاصيت براي توليد صوت ? ماوراي صوت ? نوسانهاي الکتريکي ? ساختن
ميکروفونهاي بلوري و سوزن گرامافون استفاده مي شود بعضي از بلورها مانند بلور
عنصرهاي ژرمانيم ? سيليسيم و کربن خاصيت نيمه رسانايي دارند و تا اندازه اي
جريان الکتريکي را از خود عبور مي دهند اگر بلورهاي نيمه رسانا را گرما دهيم و
يا در مسير تابش نور قرار دهيم ? مقاومت الکتريکي آنها کم مي شود و الکتريسيته
را بهتر عبور مي دهد نيمه رساناها در صنايع الکترونيک و مخابرات به صورت ديود و
ترانزيستور و قطعه هاي ديگر الکترو نيکي به کار مي روند ديود يا يکسو کننده از
دو قطعه بلور نيمه رسانا ساخته مي شود و براي يکسو کردن جريانهاي متناوب به کار
مي رود ترانزيستور از سه قطعه بلور نيمه رسانا تشکيل مي شود و براي تقويت
جريانهاي ضعيف و يکسو کردن جريان متناوب به کار مي رود.
پيزوالكتريسيته خاصيتي است در مواد بلوري كه در روند ان فشار وارد شده بر بلور
ايجاد الكتريسته مي كند و به عكس اعمال الكتريسيته باعث ايجاد فشار مي شود دليل
اين امر در بلور كوارتز با فرمول SIO2 ان است كه در حالت معمولي ودر حالتي معين
از بلور كوارتز شش گوشي تشكيل مي شود كه گوشه هاي ان به صورت يك در ميان با يون
اكسيزن و سيليس اشغال شده است اين شش گوش بدون اعمال فشار در حالت ايستايي
الكتريكي است ولي فشار باعث مي شود كه اين حالت بهم بخورد وبلور از حالت
پايداري الكتريكي خارج شود و الكترون اضافي را به صورت الكيريسيته ازاد كند و
به عكس اعمال الكتريسيته باعث به هم خوردن سطح شش گوش مي شود وبنابر اين فشاري
در بلور ايجاد ميشود از اين ويزگي استفاده هاي بهنهايت زياد در تكنولوزي شده
است كه ساده ترين ان ساعت دست شما ترازوي مغازه ها و و از همه واضح تر احساس
فشاري است كه شما از وارد امدن يك جسم بر بدن خود داريد كه الكتريسيته حاصل از
فشار را به مغز شما مي رساند به مارماهي توجه كنيد كه ايجاد فشار بر بدن خويش
باعث توليد الكتريسيته اي مي شود كه مي تواند حتي انسان را بكشد درباره خاصيت
پيزوالكتريسيته كوارتز در كتب كاني شناسي و كريستالوگرافي مطالب كافي نوشته شده
است انچه امروز تكنولوزي به دنبال ان است پيدا كردن مواد ارزان سنتتيك با همان
ويزگيهاي پيزو الكتريسيته براي مطالعه بيشتر سري انتشارات دانشنامه مواد زير
چاپ بخش مربوط به سيليس مي تواند راهنماي شما باشد
بسياري از پليمرها و سراميکها و ملکولها مانند آب بطور دائمي قطبي مي باشند و
بخشي از اين ملکولها داراي قطب مثبت و سمت ديگر آنها قطب منفي مي باشد هنگاميکه
به اين مواد قطبي تحت تاثير يک منبع الکتريکي واقع مي شوند عناصر قطبي انها خود
را با جهت الکتريکي منبع مزبور هماهنگ مي کنند و با قطع ولتاژ تحريک کننده اين
خاصيت را از دست مي دهند در اين ميان مواد پيزو الکتريک مانند بلور کوارتز و يا
تيتانيت باريم در پي تحريکي که باعث تغيير در مختصات ذرات قطبي شده شروع به
ايجاد يک ولتاژ الکتريکي مي کنند در نتيجه : خاصيت پيزو الکتريسيته هنگامي به
ظهور مي رسد که بلور تحت تاثير يک فشار مکانيکي قرار بگيرد و در اين زمان قطب
مثبت در يک وجه بلورهاي نارسانا مانند کوارتز و قطب منفي نيز در وجه مخالف آن
ايجاد ميگردد از اين خاصيت در ساخت وسائلي مانند ميکروفونها و فونوگرافها و در
فيلتر سازي امواج در تلفن ها و غيره مورد استفاده قرار مي گيرد.
در بازار اقتصادی سرامیکهای نوین، سرامیکهای الکتریکی یکی از جاافتادهترین
بازارهای موجود است. علاوه بر گسترش زمینههای مصارف قبلی، مصارف جدید مربوط به
کاربردهایی است که پیزوالکتریکها و خصوصاً پیزوسرامیکها اخیراً وارد آن حیطهها
شدهاند. با توجه به مطالب ارائه شده و نقش تعیینکنندهی این نوع قطعات در
صنایع مختلف و در راستای گام نهادن در مسیر خودباوری و خوداتکایی و دستیابی به
دانش روز، چنین به نظر میرسد که اهمیت و ضرورت پایهگذاری صنایع الکتروسرامیکها
و از جمله پیزوالکتریک در کشور، امری روشن، واضح و قابل درک است
جهت دستیابی به اطلاعات اولیه و کسب آمارهای موجود به مراکز متعددی مراجعه شد.
نوع، کمیت و ارزش اقتصادی نیازهای داخلی در زمینهی پیزوالکتریک و پیروالکتریک
و مشخص نمودن زمینههای تکنولوژی و تولید صنعتی آن در ایران، زمینههای
تحقیقاتی در ایران، شناخت متخصصان ایرانی در داخل و خارج از کشور و در ادامه
آمار واردات و صادرات (تولید و مصرف) در ایران تحلیل شد. برآورد و تخمین
نیازهای داخلی (نیازهای فعلی تا سال 1400 هجری شمسی) نشان داد که نیاز داخلی تا
سال 1400 حدود 40 میلیون قطعه پیزو و پیروالکتریک است و باید اقدام لازم در این
خصوص صورت گیرد
در ابتدا، به مواد جدید به عنوان اساس تکنولوژیهای نوین در جهان و نقش آن در
توسعهی تمدن بشری اشارهای شد. آن گاه جایگاه پیزوالکتریکها و پیروالکتریکها
همراه تاریخچه، انواع، تئوری، خواص و کلیات کاربردی بررسی گردید. در مرحلهی
دوم، به جمع آوری اطلاعات و آمار در داخل و خارج از کشور پرداخته و ارائه و
تجزیه و تحلیل آنها صورت گرفت. و در ادامه، شناسایی مراکز مهم علمی – اقتصادی
در جهان صورت گرفت. در مرحلهی سوم، بررسی وضعیت داخلی با جزئیات بیشتر
ارزیابی گردید
کاربرد پیزوالکتریکها ردههای محتلف است:
1- به عنوان مبدل انرژی نوسانی به انرژی الکتریکی (کنترل تهییج، شتابسنج ...)
2- به عنوان مبدل انرژی صوتی به انرژی الکتریکی (در دیسکهای صوتی، میکروفون،
بلندگو و زنگ اخبار و ...)
3- در دریافت و انتقال امواج التراسونیک (پروب امواج التراسونیک، سنسورهای AE و
کنترل امواج التراسونیک)
4- در تولید ولتاژ و جرقه با ولتاژ بالا (جرقهزن) و کاربردهای دیگر (ماشین
آلات برقی، وسایل پزشکی و خانگی،
بیوسنسورها و....)
بررسیهای به عمل آمده نشان داده است که از بازار 200 میلیارد دلاری سرامیکها
در جهان، حدود یک سوم آن یعنی حدود 63 میلیارد دلار، مربوط به سرامیکهای پیشرفته
است. در بازار اقتصادی سرامیکهای نوین، سرامیکهای الکتریکی (که شامل پیزو و
پیروالکتریکها هم میشود) یکی از جاافتادهترین بازارهای موجود است. آمارهای
موجود نشان میدهد که بازار مواد پیزو و پیروالکتریکی در جهان، تقریباً 11
میلیارد دلار (در سالهای 2001-2000) بوده است.
http://www.daneshju.ir/forum/f374/t11704.html
مجله رشد
مرکز اطلاعات علوم زمین
http://www.ngdir.ir/
مرکز صنايع نوین
http://www.hitech.ir
|
