Piezoelektrik effekti - bəzi materialların mexaniki stress altında elektrik yükləri yaratma qabiliyyəti. Bu effekt ilk dəfə 1880-ci ildə Fransız fiziklər Pierre və Jacques Curie tərəfindən kəşf edilmişdir. Onlar kvars, duz kristalları və bəzi keramika materiallarının mexaniki təzyiq altında elektrik yükləri yaratdığını müşahidə etmişlər. Piezoelektrik effektin tərs versiyası isə bu materialların elektrik sahəsində mexaniki hərəkətlər etməsi ilə xarakterizə olunur. Piezoelektrik effektin fiziki mexanizmi Piezoelektrik effekt, kristallik materialların daxili quruluşu ilə əlaqədardır. Bu materiallar adətən simmetrik olmayan kristal strukturlara malikdirlər. Bu strukturlar mexaniki stress tətbiq edildikdə deformasiya olunur və nəticədə kristalın içərisində elektrik dipol momentləri yaranır. Elektrik dipollarının yönəlməsi nəticəsində kristalın səthində müsbət və mənfi yüklər toplanır və elektrik sahəsi yaranır. Əksinə, əgər belə bir kristala elektrik sahəsi tətbiq edilərsə, elektrik dipolları yenidən yönəlir və nəticədə kristal mexaniki olaraq deformasiya olunur. Bu, piezoelektrik effektin tərs formasıdır və çoxsaylı texnoloji tətbiqlərdə istifadə olunur. Piezoelektrik effektin mexanizmini daha yaxşı başa düşmək üçün kristal strukturlarını və onların simmetriyasını daha dərindən araşdırmaq vacibdir. Piezoelektrik materiallar adətən polikristallik və monokristallik formada olur. Polikristallik materiallar çoxsaylı kiçik kristal taxıllardan ibarətdir, monokristallik materiallar isə tək bir kristal strukturuna malikdir. Tarixi Piezoelektrik effektin kəşfi və tədqiqatı XIX əsrin sonlarında başlamışdır. Pierre və Jacques Curie bu effekti müxtəlif kristal materiallarda müşahidə etmiş və ölçmüşlər. Onların işləri piezoelektrik materialların fundamental xüsusiyyətlərini anlamağa kömək etmişdir. XX əsrdə piezoelektrik materiallar müxtəlif texnoloji tətbiqlərdə istifadə olunmağa başlamışdır. Müharibə dövründə sonar texnologiyasında, radioda və radar sistemlərində piezoelektrik kristallar geniş tətbiq olunmuşdur. Müasir dövrdə isə piezoelektrik materiallar çoxsaylı sahələrdə, o cümlədən mikroelektronika, tibbi avadanlıqlar və hərbi texnologiyalarda istifadə edilir. Piezoelektrik materiallar Piezoelektrik effekt müxtəlif materiallarda müşahidə edilə bilər. Bu materiallar adətən iki kateqoriyaya bölünür: təbii və sintetik. 1. Təbii piezoelektrik materiallar: - Kvars: Kvars kristalı ən geniş yayılmış təbii piezoelektrik materialdır. Kvarsın piezoelektrik xüsusiyyətləri onu müxtəlif sənaye tətbiqlərində çox faydalı edir. - Duz kristalları: Bu kristallar da piezoelektrik xüsusiyyətlərə malikdir və bəzi spesifik tətbiqlərdə istifadə olunur. - Rochelle duzları: Rochelle duzları, tartratlar, piezoelektrik xüsusiyyətlərə malik başqa bir təbii materialdır və xüsusilə erkən piezoelektrik tədqiqatlarında geniş istifadə olunmuşdur. - Tourmaline: Tourmaline kristalları da piezoelektrik xüsusiyyətlərə malikdir və bəzi xüsusi tətbiqlərdə istifadə olunur. 2. Sintetik piezoelektrik materiallar: - Keramika materialları: PZT (Qurğuşun Zirconate Titanate) kimi sintetik keramika materialları geniş yayılmış piezoelektrik materiallardır. Bu materiallar yüksək piezoelektrik konstantlarına malikdir və müxtəlif sənaye tətbiqlərində istifadə olunur. - Polimerlər: PVDF (Polivinilidene Flüorid) kimi bəzi polimer materialları da piezoelektrik xüsusiyyətlərə malikdir və fleksibil tətbiqlərdə istifadə olunur. - BT (Barium Titanate): Bu sintetik material yüksək piezoelektrik sabitliyinə malikdir və müxtəlif elektronik tətbiqlərdə geniş istifadə olunur. - PMN-PT (Lead Magnesium Niobate-Lead Titanate): Bu yeni nəsil piezoelektrik material yüksək performansa malikdir və xüsusi tətbiqlərdə geniş istifadə olunur. Tətbiqi Piezoelektrik materiallar müxtəlif tətbiq sahələrində geniş istifadə olunur. Bəzi əsas tətbiqlər aşağıdakılardır: 1. Sensorlar və aktuatorlar: - Vibrasiya sensorları: Piezoelektrik materiallar vibrasiya sensorlarında geniş istifadə olunur. Bu sensorlar mexaniki vibrasiyaları elektrik siqnallarına çevirərək müxtəlif tətbiqlərdə istifadə olunur. - Ultrasəs sensorları: Piezoelektrik kristallar ultrasəs dalğalarının yaranması və alınmasında istifadə olunur. Bu texnologiya tibbi avadanlıqlarda, qeyri-destruktiv testlərdə və sonar sistemlərində geniş tətbiq olunur. - Aktuatorlar: Piezoelektrik aktuatorlar elektrik siqnallarını mexaniki hərəkətə çevirir və mikroelektronika, optika və robototexnika sahələrində istifadə olunur. 2. Enerji yığımı: - Enerji yığımı cihazları: Piezoelektrik materiallar mexaniki enerjini elektrik enerjisinə çevirmə qabiliyyətinə malikdir. Bu xüsusiyyət onları enerji yığımı cihazlarında, məsələn, vibrasiya yığımı sistemlərində istifadə etməyə imkan verir. - Geyilə bilən texnologiyalar: Piezoelektrik materiallar geyilə bilən cihazlarda enerji yığımı üçün istifadə olunur, məsələn, idman saatlarında və tibbi monitorinq cihazlarında. - Yol və körpülərdə enerji yığımı: Piezoelektrik materiallar yol və körpülərdə yerləşdirilərək keçən nəqliyyat vasitələrinin yaratdığı mexaniki enerjini elektrik enerjisinə çevirmək üçün istifadə oluna bilər. 3. Kommunikasiya texnologiyaları: - Kristal osillatorlar: Kvars kristalları yüksək dəqiqlikli zamanlama siqnallarını yaratmaq üçün osillatorlarda istifadə olunur. Bu texnologiya mobil telefonlarda, komputerlərdə və digər kommunikasiya cihazlarında geniş tətbiq olunur. - Faz dəyişdiricilər: Piezoelektrik materiallar faz dəyişdiricilər kimi istifadə olunur və radar sistemlərində, peyk kommunikasiya sistemlərində və digər yüksək dəqiqlikli tətbiqlərdə mühüm rol oynayır. - Filtrlər və rezervuarlar: Piezoelektrik materiallar elektromaqnit dalğalarının filtrasiya və rezervasiya proseslərində istifadə olunur. 4. Tibbi tətbiqlər: - Ultrasəs avadanlıqları: Piezoelektrik kristallar tibbi ultrasəs avadanlıqlarında geniş istifadə olunur. Bu avadanlıqlar daxili orqanların görüntülənməsində, prenatal monitorinqdə və digər tibbi diaqnostik prosedurlarda istifadə olunur. - Defibrillatorlar: Piezoelektrik aktuatorlar defibrillatorların daxilində elektrik impulslarını yaratmaq üçün istifadə olunur və ürək ritmi pozğunluqlarının müalicəsində mühüm rol oynayır. - İnsulin pompaları: Piezoelektrik aktuatorlar insulin pompalarında dəqiq dozaların çatdırılması üçün istifadə olunur. 5. Hərbi tətbiqlər: - Sonar sistemləri: Piezoelektrik kristallar hərbi sonar sistemlərində istifadə olunur və sualtı obyektlərin aşkarlanması və izlənməsində mühüm rol oynayır. - Girostabilizatorlar: Piezoelektrik aktuatorlar hərbi avadanlıqlarda, məsələn, raketlərin və digər uçan cihazların girostabilizatorlarında istifadə olunur. - Lazer qəqiqlik artırıcıları: Piezoelektrik materiallar lazer dəqiqlik artırıcılarında istifadə olunur və yüksək dəqiqlikli hərbi hədəfləmə sistemlərində mühüm rol oynayır. Gələcək perspektivləri Piezoelektrik texnologiyalarının gələcəyi geniş perspektivlər vəd edir. Yeni piezoelektrik materialların kəşfi və mövcud materialların təkmilləşdirilməsi bu sahənin daha da inkişaf etməsinə şərait yaradacaq. Xüsusilə nanomateriallar və kompozit materiallar sahəsindəki irələnmələr piezoelektrik effektin performansını artıracaq və yeni tətbiq sahələrinin açılmasına imkan verəcəkdir. Nanotexnologiyalar və piezoelektrik effekt Nanotexnologiyalar sahəsindəki irəliləyişlər piezoelektrik effektin yeni səviyyələrə çatmasına imkan verir. Nanomaterialların xüsusiyyətləri onların ölçüsünə görə dəyişir və bu, piezoelektrik effektin güclənməsinə səbəb olur. Məsələn, nanometr ölçülü qurğuşun zirconat titanate (PZT) nanoteləri və nazik filmləri daha yüksək piezoelektrik konstantlarına malikdir. Bu, onların mikroelektronika və nanoelektronika tətbiqlərində istifadə olunmasını asanlaşdırır. Kompozit materiallar Piezoelektrik kompozit materiallar, adətən, piezoelektrik keramika və polimerlərin birləşməsindən ibarətdir. Bu kompozitlər piezoelektrik effektin üstünlüklərini elastiklik və mexaniki dayanıqlılıq kimi xüsusiyyətlərlə birləşdirir. Məsələn, PVDF (Polivinilidene Flüorid) ilə PZT-nin birləşməsi yüksək elastiklik və piezoelektrik effektivliyə malik kompozit materiallar yaradır. Bu cür materiallar geyilə bilən texnologiyalarda, tibbi sensorlarda və çevik elektronik cihazlarda geniş istifadə oluna bilər. Piezoelektrik mikroelektromexanik sistemlər (MEMS) Piezoelektrik MEMS cihazları mikro ölçülü aktuatorlar, sensorlar və enerjiyə qənaət edən cihazlar yaratmağa imkan verir. Bu texnologiyalar, xüsusən də, avtomobil sənayesində, tibb texnikasında və istehlak elektronik cihazlarında istifadə olunur. MEMS piezoelektrik sensorlar avtomobillərdə təzyiq, temperatura və vibrasiyaları ölçmək üçün istifadə edilə bilər. Həmçinin, tibbi cihazlarda dəqiq dozaların çatdırılması və monitorinq məqsədləri üçün geniş tətbiq oluna bilər. Enerji yığımı və paylanılması Gələcəkdə piezoelektrik materiallar enerji yığımı sahəsində böyük rol oynayacaqdır. Xüsusilə, şəhər infrastrukturlarında, yollar və binalarda mexaniki enerjini elektrik enerjisinə çevirmək üçün piezoelektrik texnologiyalar tətbiq edilə bilər. Bu texnologiyalar, məsələn, şəhər nəqliyyatının yaratdığı vibrasiyaları elektrik enerjisinə çevirərək enerji səmərəliliyini artırmaq üçün istifadə edilə bilər. Həmçinin, günəş panelləri və külək turbinləri kimi bərpa olunan enerji mənbələri ilə birləşdirilərək daha çox enerji istehsalına kömək edə bilər. Bioloji və tibbi tətbiqi Piezoelektrik materiallar tibbi cihazlarda geniş tətbiq sahəsinə malikdir. Gələcəkdə bioloji sensorlar və implantlar kimi piezoelektrik cihazlar insan orqanizminin müxtəlif hissələrində enerji yığımı və sensor texnologiyaları üçün istifadə oluna bilər. Məsələn, insan ürəyinin ritmini izləyən və onun hərəkətlərindən enerji yığan piezoelektrik cihazlar inkişaf etdirilə bilər. Bu cür cihazlar enerji mənbəyindən asılı olmayaraq, uzun müddət fəaliyyət göstərə bilər. Ətraf Mühitin monitorinqi Piezoelektrik sensorlar ətraf mühitin monitorinqi üçün geniş istifadə oluna bilər. Onlar havanın keyfiyyətini, suyun təmizliyini və torpağın vəziyyətini izləmək üçün istifadə edilə bilər. Məsələn, çaylarda və göllərdə yerləşdirilmiş piezoelektrik sensorlar suyun keyfiyyətini izləyərək real vaxt rejimində məlumatları toplaya və bu məlumatları mərkəzi sistemlərə ötürə bilər. Müasir araşdırma Piezoelektrik texnologiyaların inkişafı və tətbiqi üçün müxtəlif araşdırma yönümləri mövcuddur. Bu yönümlər arasında yeni piezoelektrik materialların sintezi, mövcud materialların təkmilləşdirilməsi və onların yeni tətbiq sahələrində istifadəsi yer alır. Məsələn, yeni materialların daha yüksək piezoelektrik konstantlara malik olması üçün sintez metodlarının təkmilləşdirilməsi vacibdir. Həmçinin, piezoelektrik nanomaterialların xüsusiyyətlərinin dərindən araşdırılması və onların yeni texnologiyalarda istifadəsi gələcək tədqiqat yönümlərindən biridir. Yeni sintez metodları Yeni piezoelektrik materialların sintezi üçün müxtəlif metodlar mövcuddur. Bu metodlar arasında hidrotermal sintez, sol-gel metodu, lazer ablasyonu və kimyəvi buxar depozisiya metodları yer alır. Bu metodlar vasitəsilə yeni piezoelektrik materiallar sintez edilə bilər və onların xüsusiyyətləri təkmilləşdirilə bilər. Piezoelektrik nanomateriallar Piezoelektrik nanomateriallar, xüsusilə nanotelər və nazik filmlər, yüksək piezoelektrik konstantlarına malikdir və müxtəlif tətbiqlərdə geniş istifadə oluna bilər. Bu materiallar mikroelektronika və nanoelektronika sahələrində yeni texnologiyaların inkişafına kömək edə bilər. Məsələn, piezoelektrik nanotelər yüksək dəqiqlikli sensorlar və aktuatorlar yaratmaq üçün istifadə oluna bilər.
https://surdurulebilirevren.com/piezoelektrik-nedir-nerelerde-kullanilir/
https://www.biolinscientific.com/blog/what-is-piezoelectricity
https://thinktech.stm.com.tr/tr/gundelik-hayatin-gizemli-enerjisi-piezoelektrik
https://www.aydemperakende.com.tr/blog/piezoelektrik-nedir-kullanim-alanlari-ve-tarihcesi
Tarix : 30 noyabr 2024
Əksi qeyd olunmayıbsa, bu məzmun CC BY-SA 4.0 çərçivəsində yayımlanır.
