우리는 압전 응용 분야에 적합한 특정 재료를 가지고 있지만 공정은 정확히 어떻게 작동합니까?압전 효과로.이 효과의 가장 독특한 특성은 두 가지 방식으로 작동한다는 것입니다.같은 압전재료에 기계적 에너지나 전기적 에너지를 가하면 반대의 결과를 얻을 수 있다.
수정에 기계적 에너지를 적용하는 것을 직접 압전 효과라고 하며 다음과 같이 작동합니다.
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두 개의 금속판 사이에 압전 크리스탈이 배치됩니다.이 시점에서 재료는 완벽한 균형을 이루며 전류를 전도하지 않습니다.
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그런 다음 금속판에 의해 물질에 기계적 압력이 가해져 수정 내부의 전하가 균형을 잃게 됩니다.과도한 음전하와 양전하가 결정면의 반대편에 나타납니다.
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금속판은 이러한 전하를 수집하여 전압을 생성하고 회로를 통해 전류를 보내는 데 사용할 수 있습니다.
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그게 다야, 기계적 압력의 간단한 적용, 결정의 압착 및 갑자기 전류가 발생합니다.역 압전 효과로 재료에 전기 신호를 적용하여 반대로 할 수도 있습니다.다음과 같이 작동합니다.
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위의 예와 같은 상황에서 두 개의 금속판 사이에 압전 결정을 배치했습니다.크리스탈의 구조는 완벽한 균형을 이루고 있습니다.
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그런 다음 전기 에너지가 수정에 적용되어 수정의 구조가 수축 및 확장됩니다.
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크리스탈의 구조가 팽창하고 수축하면서 받은 전기 에너지를 변환하고 기계적 에너지를 음파의 형태로 방출합니다.
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역 압전 효과는 다양한 응용 분야에서 사용됩니다.예를 들어 압전 세라믹에 전압을 가하여 재료가 음파로 공기를 진동시키는 스피커를 예로 들어 보겠습니다.
압전의 발견
압전기는 1880년에 두 형제이자 프랑스 과학자인 Jacques와 Pierre Curie에 의해 처음 발견되었습니다.다양한 수정으로 실험하는 동안 그들은 석영과 같은 특정 수정에 기계적 압력을 가하면 전하가 방출된다는 사실을 발견했습니다.그들은 이것을 압전 효과라고 불렀습니다.
다음 30년 동안 압전기는 실험실 실험과 추가 개선을 위해 주로 사용되었습니다.제1차 세계 대전이 되어서야 압전이 수중 음파 탐지기의 실제 응용에 사용되었습니다.소나는 압전 송신기에 전압을 연결하여 작동합니다.이것은 전기 에너지를 기계적 음파로 변환하는 역 압전 효과입니다.
음파는 물체에 닿을 때까지 물을 통해 이동합니다.그런 다음 소스 수신기로 다시 돌아갑니다.이 수신기는 직접 압전 효과를 사용하여 음파를 신호 처리 장치에서 처리할 수 있는 전기 전압으로 변환합니다.신호가 떠났을 때와 돌아왔을 때 사이의 시간을 사용하면 수중에서 물체의 거리를 쉽게 계산할 수 있습니다.
수중 음파 탐지기의 성공으로 압전은 군대의 열렬한 관심을 끌었습니다.제2차 세계 대전은 미국, 러시아 및 일본의 연구원들이 강유전체라고 하는 새로운 인공 압전 재료를 만들기 위해 노력하면서 기술을 더욱 발전시켰습니다.이 연구는 천연 수정, 티탄산바륨 및 티탄산지르콘산납과 함께 사용되는 두 가지 인공 재료로 이어졌습니다.
오늘의 압전
오늘날의 전자 세계에서 압전은 모든 곳에서 사용됩니다.Google에 새로운 식당으로 가는 길을 묻는 것은 마이크의 압전기를 사용합니다.도쿄에는 사람의 발걸음의 힘을 사용하여 지상의 압전 구조물에 전력을 공급하는 지하철도 있습니다.다음과 같은 전자 응용 분야에서 압전이 사용되고 있음을 알 수 있습니다.
액추에이터
액추에이터는 편직 및 점자 기계, 비디오 카메라, 스마트폰과 같은 장치에 전원을 공급하기 위해 압전을 사용합니다.이 시스템에서는 금속판과 액추에이터 장치가 압전 재료를 함께 끼워 넣습니다.그런 다음 압전 재료에 전압을 가하면 압전 재료가 팽창 및 수축합니다.이 움직임으로 액추에이터도 움직입니다.
스피커 및 부저
스피커는 압전기를 사용하여 고품질 오디오 기능이 필요한 알람 시계 및 기타 소형 기계 장치와 같은 장치에 전원을 공급합니다.이러한 시스템은 오디오 전압 신호를 음파와 같은 기계적 에너지로 변환하여 역 압전 효과를 이용합니다.
드라이버
드라이버는 저전압 배터리를 더 높은 전압으로 변환하여 압전 장치를 구동하는 데 사용할 수 있습니다.이 증폭 프로세스는 더 작은 사인파를 출력하는 발진기로 시작됩니다.이 사인파는 피에조 증폭기로 증폭됩니다.
센서
센서는 마이크, 증폭 기타 및 의료 영상 장비와 같은 다양한 애플리케이션에 사용됩니다.이러한 장치에는 압전 마이크가 사용되어 음파의 압력 변화를 감지한 다음 처리를 위해 전기 신호로 변환할 수 있습니다.
힘
압전의 가장 간단한 응용 분야 중 하나는 전기 담배 라이터입니다.라이터의 버튼을 누르면 용수철이 달린 해머가 압전 결정으로 들어갑니다.이것은 스파크 갭을 가로질러 가스를 가열하고 점화시키는 전류를 생성합니다.이 동일한 압전 전력 시스템은 더 큰 가스 버너 및 오븐 범위에서 사용됩니다.
모터
압전 수정은 모터의 움직임과 같이 정밀한 정확도가 필요한 응용 분야에 적합합니다.이러한 장치에서 압전 재료는 전기 신호를 받은 다음 기계적 에너지로 변환되어 세라믹 판을 강제로 움직입니다.
압전성과 미래
압전의 미래는 어떻게 될까요?가능성은 풍부합니다.발명가들이 던지고 있는 인기 있는 아이디어 중 하나는 에너지 수확을 위해 압전을 사용하는 것입니다.스마트폰에 압전 장치가 있어 신체의 단순한 움직임으로 활성화되어 충전 상태를 유지한다고 상상해 보십시오.
좀 더 크게 생각하면 고속도로 포장 아래에 압전 시스템을 내장하여 이동하는 차량의 바퀴로 작동할 수도 있습니다.이 에너지는 신호등 및 기타 주변 장치에 사용될 수 있습니다.전기 자동차로 가득 찬 도로와 결합하면 순 긍정적 에너지 상황에 처하게 될 것입니다.
