Hiệu ứng áp điện đầu tiên được phát minh vào năm 1880 bởi hai anh em nhà khoa học là ‘Pierre Curie’ & ‘Jacques’. Hiệu ứng này được tìm thấy từ áp lực tác dụng lên tinh thể, nếu không thì thạch anh tạo thành điện tích trong vật liệu. Sau đó, họ gọi thực tế khoa học đó như hiệu ứng áp điện. “Anh em nhà Curie” nhanh chóng phát minh ra “ hiệu ứng áp điện nghịch đảo ”, Và sau khi họ xác nhận rằng bất cứ khi nào cần một điện trường vào các cực tinh thể, nó sẽ dẫn đến sự biến dạng. Đây được gọi là hiệu ứng áp điện nghịch đảo. Tên áp điện được lấy từ tiếng Hy Lạp. Nghĩa của từ piezo là ép, ngược lại điện có nghĩa là hổ phách.
Hiệu ứng áp điện là gì?
Các Hiệu ứng áp điện có thể được định nghĩa là khả năng của các vật liệu cụ thể để tạo ra điện tích đối với áp suất cơ học. Một trong những đặc điểm độc quyền của hiệu ứng này là có thể đảo ngược. Điều đó có nghĩa là các vật liệu hiển thị hiệu ứng áp điện thẳng và cũng hiển thị hiệu ứng áp điện ngược.
Hiệu ứng áp điện
Bất cứ khi nào vật liệu áp điện nằm bên dưới ứng suất cơ học, sự chuyển giao các hạt mang điện tích + ve cũng như –ve bên trong vật liệu sẽ diễn ra, điều đó dẫn đến một điện trường bên ngoài. Khi chúng đảo chiều, một điện trường ngoài cũng mở rộng vật liệu áp điện.
Các ứng dụng của hiệu ứng áp điện chủ yếu liên quan đến sự chế tạo cũng như phát hiện âm thanh, cân bằng vi mô, tạo ra điện áp cao cũng như tần số điện tử, hội tụ các cụm quang học rất tốt. Đây là nền tảng hình thành nên các phương pháp công cụ khoa học bằng độ phân giải nguyên tử như STM, AFM (kính hiển vi thăm dò quét). Ứng dụng phổ biến của hiệu ứng áp điện là nguồn nổ của bật lửa.
Ví dụ về hiệu ứng áp điện
Như chúng ta đã bàn, điện có thể được tạo ra bằng cách ép một vật liệu áp điện. Các hiệu ứng áp điện trong tinh thể là thảo luận dưới đây. Hiệu ứng áp điện xảy ra trong quá trình nén vật liệu áp điện. Vật liệu Piezoceramic như tinh thể áp điện được đặt giữa hai tấm kim loại được thể hiện trong ví dụ dưới đây. Áp điện có thể được tạo ra bất cứ khi nào vật liệu bị ép bằng cách tác dụng ứng suất cơ học.
Ví dụ về hiệu ứng áp điện
Trong hình trên, sẽ có một hiệu điện thế trên vật liệu. Các tấm kim loại trong đoạn mạch trên có thể được kẹp bởi tinh thể áp điện. Hai tấm kim loại tập hợp các điện tích, tạo ra một hiệu điện thế được gọi là áp điện.
Trong phương pháp này, hiệu ứng áp điện hoạt động như một pin nhỏ, vì nó tạo ra điện . Vì vậy, đây được gọi là hiệu ứng áp điện trực tiếp . Có một số thiết bị có thể sử dụng hiệu ứng áp điện trực tiếp như cảm biến áp suất, micrô, micrô và các loại thiết bị cảm biến.
Hiệu ứng áp điện ngược
Sự nghịch đảo hoặc hiệu ứng áp điện ngược có thể được định nghĩa là, bất cứ khi nào hiệu ứng áp điện bị đảo ngược. Điều này có thể được hình thành bằng cách áp dụng năng lượng điện để làm cho một tinh thể nở ra. Chức năng chính của hiệu ứng này là chuyển đổi năng lượng điện thành cơ năng.
Hiệu ứng áp điện ngược
Bằng cách sử dụng hiệu ứng này, chúng tôi có thể phát triển các thiết bị tạo ra sóng âm thanh. Ví dụ tốt nhất về các thiết bị này là loa ngoài các bộ rung.
Lợi ích chính của việc sử dụng những chiếc loa này là chúng cực kỳ mỏng, điều này giúp chúng hoạt động tốt trên nhiều loại điện thoại. Ngay cả các đầu dò sonar, cũng như siêu âm y tế, sử dụng nguyên lý áp điện nghịch đảo . Thiết bị áp điện ngược không âm thanh bao gồm bộ truyền động cũng như động cơ.
Làm thế nào để sử dụng hiệu ứng này?
Các tinh thể áp điện xoắn có thể được thực hiện trong các phương pháp khác nhau bởi các tần số khác nhau. Sự xoắn này có thể được đặt tên là chế độ rung. Việc thiết kế tinh thể có thể được thực hiện thành nhiều hình dạng khác nhau để đạt được các chế độ rung đa dạng.
Có một số chế độ đã được mở rộng để vận hành nhiều dải tần số để hiểu được ít, hiệu quả về chi phí, cũng như các thiết bị hiệu suất cao.
Các chế độ này cho phép chúng tôi tạo ra các sản phẩm để hoạt động trong phạm vi dải tần kHz-MHz thấp. Các chế độ rung là thoáng qua, theo chiều dài, diện tích, bán kính, độ dày cắt, độ dày bị kẹt, sóng âm bề mặt và sóng BGS.
Gốm sứ là một bộ sưu tập quan trọng của vật liệu áp điện . Murata sử dụng các chế độ rung khác nhau này cũng như gốm sứ để tạo ra nhiều sản phẩm có giá trị như máy phân biệt bằng gốm, bẫy gốm, gốm BPF (bộ lọc thông dải) , bộ cộng hưởng gốm, bộ rung cũng như bộ lọc SAW.
Ứng dụng hiệu ứng áp điện
Các ứng dụng của hiệu ứng áp điện bao gồm những điều sau đây.
- Vui lòng tham khảo liên kết để biết về dự án hiệu ứng áp điện cụ thể là Hệ thống phát điện theo bước chân .
- Áp điện cảm biến được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp cho nhiều mục đích sử dụng khác nhau như cảm biến tiếng gõ động cơ, cảm biến áp suất, Thiết bị Sonar, v.v.
- Áp điện thiết bị truyền động được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp cho nhiều mục đích sử dụng khác nhau như Vòi phun nhiên liệu Diesel, Solenoids phản ứng nhanh, Điều chỉnh quang học, Làm sạch bằng siêu âm, Hàn siêu âm, Động cơ áp điện, Bộ truyền động ngăn xếp, Bộ truyền động sọc, Rơle áp điện, v.v.
- Bộ chuyển đổi áp điện được sử dụng trong các ứng dụng y tế với nhiều mục đích khác nhau như Hình ảnh Siêu âm, Quy trình Siêu âm,
- Thiết bị truyền động áp điện được sử dụng trong các thiết bị điện tử tiêu dùng như Máy in áp điện (máy in kim, máy in phun), Loa áp điện (điện thoại di động, nút tai, đồ chơi tạo âm thanh, thiệp chúc mừng âm nhạc và bong bóng âm nhạc). Buzzers áp điện, Máy tạo ẩm áp điện và Bàn chải đánh răng điện tử.
- Vật liệu áp điện được sử dụng trong các Ứng dụng âm nhạc như Xe bán tải nhạc cụ và Micrô.
- Áp điện được sử dụng trong các ứng dụng quốc phòng như Robot vi mô, Đạn thay đổi khóa học, v.v.
- Áp điện được sử dụng trong một số ứng dụng khác như Máy xông áp điện, Sản xuất điện, MEMS (Hệ thống cơ điện tử vi mô), Vợt tennis, v.v.
Do đó, đây là tất cả về tổng quan về hiệu ứng áp điện . Từ thông tin trên, cuối cùng, chúng ta có thể kết luận rằng Hiệu ứng áp điện là khả năng của các vật liệu cụ thể để tạo ra năng lượng điện khi ứng suất cơ được áp dụng. Các đặc điểm chính của hiệu ứng này là thuận nghịch, có nghĩa là các vật liệu tạo ra áp điện trực tiếp cũng tạo ra hiệu ứng áp điện ngược. Dưới đây là một câu hỏi cho bạn, hiệu ứng áp điện trong siêu âm là gì ?
