 |
Télécharger cet article en .Format PDF ce type de fichier comprend des graphiques et des schémas haute résolution le cas échéant. |
la piézoélectricité a été découverte par deux frères de scientifiques français, Jacques et Pierre Curie, en 1880., Ils ont découvert la piézoélectricité après avoir réalisé que la pression appliquée au quartz ou même à certains cristaux crée une charge électrique dans ce matériau.1 Ils ont ensuite appelé ce phénomène étrange et scientifique l’effet piézoélectrique.
Les Frères Curie découvrirent bientôt l’effet piézoélectrique inverse. C’est après qu’ils ont vérifié que lorsqu’un champ électrique était appliqué sur les conducteurs de cristal, il conduisait à la malformation ou au trouble du plomb de cristal—maintenant appelé l’effet piézoélectrique inverse.,
le terme piézoélectricité vient du mot grec piezo qui signifie presser ou presser. Fait intéressant, électrique en grec signifie ambre. L’ambre était également une source de charge électrique.2
de nombreux appareils électroniques utilisent aujourd’hui la piézoélectricité. Par exemple, lorsque vous utilisez un logiciel de reconnaissance vocale, ou même Siri sur votre smartphone, le microphone dans lequel vous parlez utilise probablement la piézoélectricité. Ce cristal piézo-électrique transforme l’énergie sonore de votre voix et la transforme en signaux électriques à interpréter par votre ordinateur ou votre téléphone.,3 Que tout devient possible avec la piézoélectricité.
la création de diverses technologies plus avancées peut être attribuée à la découverte de la piézoélectricité. Par exemple, le puissant sonar « sonobuoy” petits microphones sensibles, et le transducteur de tonalité audio en céramique, ont été rendus possibles par la piézoélectricité. Aujourd’hui, nous assistons au développement de matériaux et de dispositifs piézoélectriques de plus en plus nombreux.
effet piézoélectrique Direct
comme indiqué, la compression d’un matériau piézoélectrique produit de l’électricité (piézoélectricité). La Figure 1 explique le concept.
1., L’effet piézoélectrique se produit par compression d’un matériau piézoélectrique.
un matériau piézocéramique—céramique ou cristal piézoélectrique non conducteur-est placé entre les deux plaques métalliques. Pour que la piézoélectricité soit générée, il faut que ce matériau soit comprimé ou pressé. La contrainte mécanique appliquée au matériau céramique piézoélectrique génère de l’électricité.
Comme indiqué dans la Fig. 1, Il y a un potentiel de tension aux bornes du matériau. Les deux plaques métalliques prennent en sandwich le cristal piézo-électrique. Les plaques métalliques collectent les charges, ce qui crée / produit une tension (symbole de foudre), c’est-à-dire,, la piézoélectricité. De cette façon, l’effet piézoélectrique agit comme une batterie miniature, car il produit de l’électricité. Ceci est l’effet piézoélectrique. Les appareils qui utilisent l’effet piézoélectrique direct comprennent les microphones, les capteurs de pression, les hydrophones et de nombreux autres types de dispositifs de détection.
effet piézoélectrique Inverse
l’effet piézoélectrique peut être inversé, ce qui est appelé l’effet piézoélectrique inverse. Ceci est créé en appliquant une tension électrique pour faire rétrécir ou dilater un cristal piézoélectrique (Fig. 2)., L’effet piézoélectrique inverse convertit l’énergie électrique en énergie mécanique.
2. L’inversion de l’effet piézoélectrique, appelée effet piézoélectrique inverse, se produit lorsque la tension est appliquée pour rétrécir ou dilater un cristal piézoélectrique.
L’utilisation de l’effet piézoélectrique inverse peut aider à développer des dispositifs qui génèrent et produisent des ondes sonores acoustiques. Des exemples de dispositifs acoustiques piézoélectriques sont les haut-parleurs (couramment trouvés dans les appareils portables) ou les buzzers., L’avantage d’avoir ces haut-parleurs, c’est qu’ils sont très minces, ce qui les rend utiles dans une gamme de téléphones. Même les transducteurs médicaux d’ultrason et de sonar emploient l’effet piézoélectrique inverse. Les dispositifs piézoélectriques inverses Non acoustiques comprennent les moteurs et les actionneurs.
matériaux piézoélectriques
Les matériaux piézoélectriques sont des matériaux qui peuvent produire de l’électricité en raison de contraintes mécaniques, telles que la compression. Ces matériaux peuvent également se déformer lorsque la tension (électricité) est appliquée.
Tous les matériaux piézoélectriques sont non conducteurs pour que l’effet piézoélectrique se produise et fonctionne., Ils peuvent être séparés en deux groupes: les cristaux et les céramiques.4
quelques exemples de matériaux piézoélectriques sont le Pzt (également connu sous le nom de titanate de zirconate de plomb), le titanate de baryum et le niobate de lithium. Ces matériaux synthétiques ont un effet plus prononcé (meilleur matériau à utiliser) que le quartz et d’autres matériaux piézoélectriques naturels.
comparez le PZT au quartz. PZT peut produire plus de tension pour la même quantité de contrainte mécanique appliquée. Inversement, l’application de la tension au PZT au lieu du quartz fournit plus de mouvement., Quartz, un matériau piézoélectrique, est aussi le premier matériau piézoélectrique.
Le PZT est créé et produit (à des températures élevées) avec deux éléments chimiques—le plomb et le zirconium—et combiné avec un composé chimique appelé titanate. La formule chimique de PZT est (PbO3). Il est couramment utilisé pour produire des transducteurs à ultrasons, des condensateurs en céramique et d’autres capteurs et actionneurs. Il révèle également une gamme spéciale de propriétés différentes. En 1952, PZT a été fabriqué par L’Institut de technologie de Tokyo.,5
le titanate de baryum est un matériau céramique ferroélectrique aux propriétés piézoélectriques.6 pour cette raison, le titanate de baryum a été utilisé comme matériau piézoélectrique plus longtemps que la plupart des autres. Sa formule chimique est BaTiO3. Le titanate de baryum a été découvert en 1941 pendant la Seconde Guerre mondiale.7
Le niobate de Lithium est un composé qui combine l’oxygène, le lithium et le niobium. Sa formule chimique est LiNbO3.8 également un matériau céramique ferroélectrique, il est tout comme le titanate de baryum en ce qu’il a des propriétés piézoélectriques, aussi.,9
dispositifs piézoélectriques
Sonar
le Sonar, qui est arrivé dans les années 1900, a été inventé par Lewis Nixon. Il a d’abord développé un sonar pour aider à détecter les icebergs. L’intérêt pour le sonar a augmenté pendant la Première Guerre mondiale, cependant, pour aider à localiser les sous-marins sous l’eau. Bien sûr, le sonar a de nombreux objectifs et utilisations aujourd’hui, de la localisation des poissons à la navigation sous-marine, etc.
3. Avec le sonar piézoélectrique, un émetteur utilisant l’effet piézoélectrique inverse envoie une onde sonore pour rechercher des objets à venir.,
sur la Figure 3, le sonar envoie, via un émetteur, une onde sonore (signal) pour rechercher des objets à venir. L’émetteur utilise l’inverse de l’effet piézoélectrique, ce qui est quand l’émetteur tension pour l’aider à envoyer une onde sonore. Une fois que l’onde sonore frappe un objet,elle rebondit. L’onde sonore qui rebondit sera détectée par le récepteur.
le récepteur, contrairement à l’émetteur, utilise l’effet piézoélectrique direct. Le dispositif piézoélectrique de récepteur obtient comprimé par l’onde sonore de retour., Il envoie le signal (tension) à l’électronique de traitement du signal, qui prendra cette onde sonore rebondie et commencera à la traiter. Il déterminera la distance de l’objet en calculant les signaux de synchronisation de l’émetteur et du récepteur.
Actionneurs Piézoélectriques
la Figure 4 illustre le fonctionnement d’un actionneur piézo-électrique. La base reste immobile et agit comme la plaque métallique qui sandwich le matériau piézoélectrique moyen. Ensuite, une tension est appliquée au matériau, qui se dilate et se contracte à partir du champ électrique de la tension appliquée., Le cristal piézo se déplace très peu, que ce soit vers l’avant ou vers l’arrière. Une fois que le matériau piézo-électrique ou le cristal se déplace, il pousse et tire lentement l’actionneur.
4. Dans un actionneur piézoélectrique, une tension est appliquée au matériau piézoélectrique, provoquant une expansion et une contraction.
l’actionneur piézoélectrique a de nombreuses utilisations et applications. Par exemple, les machines à tricoter et les machines braille utilisent ces actionneurs, car ils ont une si petite quantité de pièces mobiles et une conception très simple., Ils peuvent même être trouvés dans les caméras vidéo et les téléphones cellulaires, car ils se sont avérés les plus compétents en tant que mécanisme de mise au point automatique.10
haut-parleurs et Buzzers piézoélectriques
Les haut-parleurs et buzzers piézoélectriques utilisent l’effet piézoélectrique inverse pour générer et produire du son. Lorsque la tension est appliquée aux haut-parleurs et aux buzzers, elle crée des ondes sonores (Fig. 2, encore une fois). Un signal de tension audio appliqué à la céramique piézoélectrique des haut-parleurs ou des buzzers fera vibrer l’air. Cette vibration produit des ondes sonores qui sortent du haut-parleur.,
Les haut-parleurs piézoélectriques sont couramment utilisés dans les réveils ou autres petits appareils mécaniques pour générer des sons audio simples et de haute qualité. C’est parce qu’ils sont limités à une petite quantité de réponse en fréquence.11
pilotes piézo-électriques
les pilotes piézo-électriques peuvent convertir la basse tension de la batterie en haute tension pour alimenter les dispositifs piézo-électriques. Les pilotes piézo-électriques sont très importants, car ils aident les ingénieurs à produire plus de tension pour créer des ondes sinusoïdales plus grandes.
5., Un pilote piézo convertit une tension de batterie faible en une tension plus élevée, qui est utilisée pour alimenter un amplificateur qui pilote l’appareil. Un oscillateur entre de petites ondes sinusoïdales que l’amplificateur transforme en ondes sinusoïdales plus grandes.
la Figure 5 est un schéma fonctionnel qui illustre le fonctionnement du pilote piézo-électrique. Les pilotes Piezo prendront une tension de batterie faible et utiliseront un booster pour la convertir en tension plus élevée. La tension plus élevée est ensuite utilisée pour alimenter l’amplificateur. L’oscillateur entrera de petites ondes sinusoïdales, que l’amplificateur transformera en ondes sinusoïdales à plus grande tension. L’amplificateur entraîne le dispositif piézo.,
The table below lists of several different companies that sell and produce various kinds of piezo drivers.
1. http://www.piezo.com/tech4history.html
2. https://en.wikipedia.org/wiki/Piezoelectricity
3. http://www.explainthatstuff.com/piezoelectricity.html
4. http://www.piezomaterials.com/
5. https://www.americanpiezo.com/piezo-theory/pzt.html
6. https://en.wikipedia.org/wiki/Barium_titanate
7. http://ceramics.org/wp-content/uploads/2009/03/elec_division_member_papers1.pdf
8. https://en.wikipedia.org/wiki/Lithium_niobate
9. http://www.inradoptics.com/products/non-linear-crystals/lithium-niobate-linbo3
10. https://www.americanpiezo.com/piezo-theory/actuators.html
11., http://www.edisontechcenter.org/speakers.html#sound