piezoelektrik etki

• belirli bir basinc altinda elektrigi ileten sistem/etki/tepki^*. semiconductor'lardaki "enerji ile iletken olmak" kavrami burada "basinc" ile olur.
• 1880 yılında tanıdık iki isim , jacques ve pierre curie tarafından keşfedilmiş hadise. en fazla piezoelektrik etkinin kuvarz ve rochelle tuzunda göründüğünü hatırlatır ticari uygulamalarda ise seramiklerden sıklıkla yaralandığını hatırlatmaktan mutluluk duyarım.
• 1 santimetreküp kuvarsa 226.79619 kliogram basınç doğru şekilde uygulandığında, açığa 12,500 volt eletrik çıkmasına sebep olan etki. ^**
• basınçla oluşan elektrik etki. kardeşi piezomanyetik etkidir. depremler bir basınç (gerilme) birikimi sonucu oluştuğu için deprem önceden belirlenmesinde kullanılan bir etkidir aynı zamanda.
• 1880'de, keşfi (j. curie, 1855-1941) ve (p. curie, 1859-1906) tarafından yapılan olaydır.
• mürekkep püskürtmeli yazıcıların bazılarında^* yazıcı kafasının küçük mürekkep damlaları tükürebilmesini sağlayan katı hal fiziği ilkesi. basitçe anlatmak gerekirse, yazıcı kafasında küçük damlalıklar var ve damlalığın 'lastik' kısmı ise piezoelektrik bir maddeden. elektrik verince damlalığın damlatması sağlanıyor.
• bir çok sensörün alt yapısı bu etkiye dayanır.
• materyale uygulanan mekanik basınç sonucunda materyalin kristal yapısındaki fiziksel deformasyon elektrik yük meydana getirir, mekanik enerjinin elektrik enerjisine dönüşmesini sağlayan bu etkiye piezoelektrik etki denir.
  
  tanımdan anlaşılacağı gibi bir piezoelektrik cihaz bir kuvvet sensörü olarak da işlev görebilir.
• piezoelektrik etki, özellikle belirli kristaller gibi bazı malzemelere uygulanan mekanik basınç sonucunda, malzemenin elektrik alan ya da elektrik potansiyel değiştirme yeteneğidir. bu etki, malzemenin içindeki polarizasyon yoğunluğundaki değişmeyle doğrudan alakalıdır. eğer malzeme kısa devre değilse, uygulanan stres malzemede bir voltaj meydana getirir.
  
  bir piezoelektrik malzemenin birim hücresi genelde simetrik olmayan perovskit yapıya sahiptir. bu yapıda birim hücreyi oluşturan negatif ve pozitif yükler arasında asimetri görülür. bu simetrisizlik sonucunda dipoller oluşur. malzeme gerinimiyle pozitif ve negatif yükler arasında bir mesafe oluşmaya başlar ve kristal yüzeyde bir polarizasyona sebep olur.
  
  bir elektrik alanında bulunmayan katı malzemelerin yapısında, artı yük ve eksi yüklerin sayıları birbirine eşittir, yani elektriksel olarak nötr bir durum vardır. teorik olarak bu dengenin, yapıdaki boyutsal bir deformasyon ve malzeme yüzeylerinde oluşacak elektriksel yükler ile bozulacağı beklenmektedir. kristal simetrisi, bu elektriksel yüklerin oluşmasını sağlayan en önemli faktördür.
  piezoelektrik malzemelerin mekanik etkiye tepkisi, atomların kristal yapılarındaki düzenlenmesi ile belirlenen "kristal oryantasyonu" ile uygulanan mekanik gerilimin oluşturduğu uzama yönü arasındaki açısal değerlere bağlıdır. yani, mekanik uzamalar gerilmeli olarak ifade edilir ve zıt yönlerde değer bakımından farklılık göstermez. piezoelektrik malzemelerde oluşan elektriksel polarizasyon ve elektrik alanı vektör büyüklükleridir ve değerleri yöne bağlıdır. bu nedenle mekanik gerilmenin malzemede oluşturacağı elektriksel polarizasyon malzemeye bağlı olacak ve kristal yapısına göre her piezoelektrik malzeme için karakteristik bir değer alacaktır. izotropik malzemelerde bir elektrik alanın neden olduğu mekanik gerilme veya deformasyon zıt yönlerde birbirine eşit olurken, izotropik olmayan malzemelerde farklı bir ilişki gözlemlenecektir. sadece yüksek dielektrik sabiti olan malzemelerde, yani ferroelektrik malzemelerde görülen bu özellik, kuadratik bir ilişki ile ifade edilir.
  
  piezoelektrik malzemeler günlük hayatta da birçok alanda kullanılır. ucuz ve hassas seramik fonograf (gramofon) kasetleri yürütücü dizaynını kolaylaştırmıştır ve kayıtçalarların ucuz olmasını ve yapımının kolaylaşmasını sağlamıştır. ultrasonik dönüştürücüler katı ve sıvılarda viskozite ve elastisite ölçümünün kolaylaştırılmasına ve sonuç olarak malzeme araştırmasında büyük gelişmelerin oluşmasına neden olmuştur. ultrasonik zaman tabanlı reflektometreler -bunlar, malzemelere ultrasonik vurular göndererek malzemenin süreksizliğinden gelen yansımaları ölçer, refraktometre kırılma indisinin ölçümü için laboratuvar ya da saha cihazıdır- metal ve kaya nesnelerin içindeki kusurları bulmuştur.
  
  piezoelektrik malzemeler terslenebilirdir; yani “direkt piezoelektrik etki” sergileyen (stres uygulandığında elektrik potansiyel üreten) malzemeler, ters piezoelektirk etki (uygulanan elektrik alan sonucunda stres-zorlanma üretimi) de gösterirler. örneğin, kurşun zirkonat titanat kristalleri, orijinal boyutundan %0,1 oranına kadar şekil değiştirebilirler. bu etkinin “sesin oluşturulması ve algılanması”, “yüksek voltajlar oluşturulması”, “elektronik frekans yaratılması”, “mikrobalans”, ve “optik çevrimcilerin aşırı ince odaklanması” gibi kullanışlı uygulamaları vardır. bu malzemeler doğada doğal olarak (kuvars, rochelle tuzu gibi) bulunabildikleri gibi sentetik olarak pzt (kurşun-titanat-zirkonat), baryum titanat gibi seramik esaslı veya naylon, vinilidin florürün (vnylidene fluoride-vdf), trifloretilen (trifluoroethylene- trfe) veya tetrafloretilen (tetrafluoroethylene-tefe) gibi plastik esaslı olarak da elde edilebilirler. sentetik olarak elde edilenler doğal piezomalzemelere göre fiziksel, kimyasal, mekanik ve piezoelektrik özellikleri açısından daha kullanışlıdırlar; kimyasal olarak daha kararlıdırlar, neme, atmosferik koşullara karşı daha dayanıklıdırlar. özel uygulamalara kolaylıkla adapte edilebilirler, karmaşık geometri veya büyük hacim gerektiren uygulamalar için kolay ve ucuz üretim olanağı sağlarlar.
  
  malzemenin sıcaklık değişimine karşı elektrik potansiyel oluşturması özelliği olan “piroelektrik etki” 18. yüzyıl ortalarında cark linnaeus ve franz aepinus tarafından çalışılmıştır. bu çalışmaların üzerine “rené just haüy” ve “antoine césar becquerel” mekanik stres ve elektrik yük arasında bir ilişki olduğunu öne sürdüler ama her ikisinin çalışması da bir neticeye varamadı. pierre curie ve jacques curie, 1880 yılında bazı kristallerin piezoelektrik etkiye sahip olabileceklerini teorik olarak fark etmişler ve daha sonra quartz, turmalin (tourmaline) ve rochelle tuzu (sodyum potasyum tartarat) üzerinde yaptıkları deneylerde bu etkiyi gözlemlemişlerdir. direkt piezoelektrik etkinin ilk ispatı pierre curie ve jacques curie kardeşler tarafından 1880 yılında yapılmıştır. pyroelektrik özellik üzerine bildiklerini, kristal yapısının altında yatan kristalin davranışını tahmin etmede pyroelektik özelliğin artması yaklaşımıyla birleştirerek ve tourmaline, quartz, topaz, cane sugar, rochelle salt (sodium potassium tartrate tetrahydrate) kristallerini kullanarak etkiyi ispatlamış olsalar da, curie kardeşler, temel termodinamik prensiplerden yola çıkılarak gabriel lippmann tarafından matematiksel olarak gösterilen ters piezoelektrik etki üzerinde düşünmemişlerdir.
  
  piezoelektrik aletlerde ilk pratik uygulama ı. dünya savaşı sırasında kullanılan “sonar”lardır. 1917'de fransa'da paul langevin ve beraberinde çalışanlar “ultrasonic submarine detector” ürettiler. dedektör, iki çelik plaka arasına film kuvarsların yapıştırılmasıyla oluşturulan dönüştürücü (transducer) ve çevirilen ekonun algılanmasında kullanılan hidrofonlardan meydana gelir. dönüştürücüden yüksek frekanslı sinyal (chirp) yayılmasıyla ve nesneden yansıyan ses dalgasından yayılan ekonun duyulması için geçen zamanın ölçülmesiyle bu nesneye olan uzaklık ölçülebilmektedir. bundan sonraki on yıllar boyunca yeni piezoelektrik malzemeler ve bu malzemelerin yeni uygulamaları keşfedilerek geliştirilmeye devam edilmiştir. öyle ki, ıı. dünya savaşı sıralarında, sadece amerika birleşik devletleri`nde 50 milyonun üzerinde piezoelektrik kristal kullanıldığı tahmin edilmektedir.
• ultrason probları da piezoelektrik etki ile çalışır.