پیزوالکتریک چیست؟ + انواع کاربرد آن در صنایع

پیزو سرامیک یا پیزو الکتریک یک ماده سرامیکی کاربردی است که از متریال pzt ساخته شده است . پیزو میتواند انرژی مکانیکی و انرژی الکتریکی را تبدیل کند. به اینها دستگاه های غیر استنلی (یعنی سیم پیچ نشده) نیز میگویند که برای تولید جریان بهره می برند.

طرز کار پیزو الکتریک

در اثر پیزو الکتریک،وقتی که پیزو ها تحت فشار مکانیکی قرار میگیرند باعث بوجود آمدن لرزش و ایجاد امواج صدا میشود که همین فشرده سازی و تولید امواج صدا امواج الکتریکی را بوجود می آورد. برعکس؛ وقتی که یک میدان الکتریکی اعمال شده را به انرژی مکانیکی تبدیل کنیم به آن اثر پیزو الکتریک معکوس میگویند.  

تاریخچه پیزو سرامیک

 در سال 1880 ، برادران کوری فرانسوی ” پیزو الکتریک” را کشف کردند. در سال 1942 ، اولین ماده سرامیکی پیزوالکتریک ، تیتانات باریم ، در ایالات متحده ، اتحاد جماهیر شوروی سابق و ژاپن ساخته شد. در سال 1947 ، وانت باران تیتانات ، اولین دستگاه سرامیکی پیزو الکتریک متولد شد. در اوایل دهه 1950 ، یک ماده دیگر سرامیکی پیزوالکتریک ، تیتانات زیرکونات سرب ، با عملکرد بسیار بهتر از تیتانات باریم ، با موفقیت تولید شد. از آن زمان ، توسعه سرامیک های پیزوالکتریک وارد مرحله جدیدی شده است. از دهه 1960 تا 1970 ، سرامیک های پیزو بهبود یافته و کامل تر شده اند. به عنوان مثال ، سرامیک های پیزوالکتریک باینری تیتانات زیرکونات سرب که توسط بسیاری از عناصر پیزو بهبود یافته است ، سرامیک های پیزو الکتریک سه تایی و چهارتایی بر پایه تیتانات زیرکونات سرب نیز ظهور کرده اند. این مواد PZT دارای خواص عالی ، ساخت ساده ، کم هزینه و کاربرد گسترده هستند.

کاربرد های پیزوالتراسونیک

از این قطعه به عنوان دستگاه اشتعال پیزوالکتریک نیز نامیده می شود؛ چراکه از ز میتوان به عنوان یک فندک الکترونیکی که مانند سنگ چخماق عمل می کند استفاده کرد. با استفاده از سرامیک های پیزوالکتریک می توان برای کشف موقعیت به عنوان رادار در هوا و دریا مانند اجسام زیر آب، عمق دریا و حتی ماهی های زیر آب استفاده کرد. همچنین در انجام آزمایش های غیر مخرب ، تمیز کردن آلایندگی های روی اشیاء (که همراه با دستگاه شستشوی اولتراسونیک انجام میشود) و درمان پزشکی (سونوگرافی ها ) کاربرد دارند. همچنین می توان به کمک التراسونیک در برش کاری های تمیز ، جوشکاری دستگاه ها و لحیم کاری پلاستیک، پارچه و حتی فلز استفاده کرد.
سرامیک پیزوالکتریک نسبت به نیروهای خارجی حساس هستند ، به عنوان مثال می توانند آشفتگی بال حشرات پرواز در هوا را که بیش از ده متر فاصله دارد ، احساس کنند و ارتعاشات مکانیکی بسیار ضعیف را به سیگنال های الکتریکی تبدیل کنند. با استفاده از این ویژگی، رینگ پیزوالکتریک می تواند در سیستم سونار ، تشخیص هواشناسی ، حفاظت از محیط زیست از راه دور ، لوازم خانگی و غیره استفاده شود. امروزه سرامیک های پیزوالکتریک توسط دانشمندان در بسیاری از زمینه ها مانند ساخت دفاع ملی ، تحقیقات علمی ، تولیدات صنعتی و زندگی مردم به کار گرفته شده و در عصر اطلاعات به موادی همه کاره تبدیل شده. 

متریال پیزوها

پیزوهای التراسونیک از چند نوع مواد مختلفی تشکیل شده اند مانند استخوان، پروتئین، کریستال (مانند کوارتز) و سرامیک (مانند سرب زیرکونات تیتانات). در بعضی از مواقع این مواد کم یا زیاد میشود که باعث تغییر در استفاده از محصول میشود.
این مواد پیزو الکتریک  به صورتی هستند که وقتی فشار مکانیکی بر آنها وارد میشود باعث تولید جریان الکتریکی میشوند. آنچه که دانشمندان نیز درباره این مواد صحبت میکنند به نظر میرسد که جهت تولید برق بعضی از معابر عمومی از پیزو استفاده شود، به این صورت که با راه رفتن و ایجاد فشار مکانیکی بر روی پیزوالکتریک ها باعث ایجاد جریان الکتریکی شود.

پیزو در اشکال مختلف

پیزوالکتریک ها در اشکال متفاوتی وجود دارد که هرکدام از آنها نیز کاربرد های مختلفی در صنعت دارند. این پیزو الکتریک ها شامل موارد زیر میباشد.

• رینگ پیزو
• دیسک پیزو
• پیزو استوانه ای
• پیزو کروی
• پیزو نیم کره ای

همانطور که گفته شد هرکدام از آنها برای کارهای مختلفی استفاده میشود برای مثال از رینگ پیزو ، در دستگاه التراسونیک تولید ماسک استفاده میشود و یا از دیسک پیزو در بخورهای سرد و یا صنعت پزشکی و دندانپزشکی به کار گرفته میشود. در مقاله انواع پیزوالکتریک کاربرد های هر کدام را نیز توضیح دادیم.

پیزوالکتریک در صنعت دوخت

دوخت التراسونیک توسط چرخ خیاطی التراسونیک انجام میشود. در این صنعت نیز پیزو الکتریک التراسونیک باعث ایجاد جریان الکتریکی و حرارت شده که باعث دوخت و همبستگی پارچه ها میشود. حتی در این صنعت نیز میتوان با ایجاد الگو بر روی غلطک چرخ خیاطی شکل های زیبایی نیز روی پارچه ایجاد کرد. تقریبا تمامی پارچه های نبافته مانند اسپان باند، ملت بلون، سلولز، اسپان لس و متریال های دیگری مانند اکریلیک Acrylics ، استات acetates، پلی استر polyester، نایلون  nylon ، پلی اتیلن polyethylene ، پلی پروپیلن polypropylene ، اسپندکس spandex و پی وی سی PVC همه برای اتصال یا برش در دوخت التراسونیک مناسب است. اطلاعات بیشتر در مقاله التراسونیک چیست

نقش پیزوالکتریک در شستشو

دستگاه حمام التراسونیک یکی از ابزارهای مهم در طلا فروشی، طلا سازی و جواهرات فروشی هاست. دستگاه شستشوی اولتراسونیک برای احیای طلا و جواهر و یا نقره جاتی که دچار آلودگی و کثیفی شده اند مورد استفاده قرار می گیرد.

اما این دستگاه فقط در این موارد کاربرد ندارد و در صنعت های مختلفی مانند تمیز کننده قطعات مکانیکی و غیره نیز استفاده میشود.
توسط پیزوالکتریک ارتعاش ایجاد شده و باعث لرزش مولکول های مایع شده و در نتیجه آلودگی ها و چربی های  قطعه از بین میرود.  

مقاله های مرتبط

تعمیر دستگاه التراسونیک
تعمیر دستگاه بدنه زن ماسک
تعمیر دستگاه کش زن ماسک