18. yüzyılda Jacques ve Pierre Currie tarafından bulunan piezoelektrik, mekanik bir enerjiyi elektriğe veya elektriği mekanik bir enerjiye dönüştürür. Polimerlerden veya seramiklerden, basma veya çekme olarak yük uygulanırken malzeme içerisindeki kristal yapının +q ve -q yüklerinin ortaya çıkması sonucu piezoelektrik denir.
Yazıdaki Başlıklar
Piezoelektrik Nedir
Basınç anlamına gelen “piezo” kelimesi ile elektriğin birleşmesi sonucunda piezoelektrik kavramı ortaya çıkıyor. Piezoelektrik kristal yapıdaki cisimlere dışardan uygulanan basınç miktarıyla doğru orantılı olarak elektrik üretme özelliğidir. Bu kristal yapıya iki uçtan uygulanan basınç sayesinde, bu yapının iki ucu arasındaki voltaj yani potansiyel fark ölçülebilir. Voltajın mekanik enerji ile üretilmesi piezo olayıyken, mekanik titreşimin voltajdan üretilmesi ise ters piezo olarak adlandırılır.
Pizoelektrik sensör, elektrik akımıyla gazın ısınması ve alev almasını sağlıyor. Bu sensörler 100 kHz’ den daha yüksek aralıklardaki dinamik ölçümlere uygundur. Yüksek hassasiyetli galyum fosfat monokristallerine bağlı ölçüm yapan sensörlerin diğer özellikleri, özel sinyal ve düşük sıcaklık sapmalarıdır. 400 dereceye kadar sıcaklıkta çalışabilirler.
Piezoelektrik Olayı Nedir
Piezoelektrik olayı, cisimlere dışarıdan uygulanan basınçla doğru orantılı olarak elektrik üretme özellikleridir. Kristale F1 kuvveti uygulanırsa voltmetrede V1 potansiyeli oluşur. Aynı şekilde F2 kuvveti gibi daha büyük bir kuvvet uygulandığında ise voltmetrede V2 potansiyeli oluşacaktır.
Piezoelektrik olayı ses üretimi, sesi tespit etmek, yüksek voltaj üretimi, aralıksız elektrik üretimi, kilo ölçümleri, çakmakların ateşleme mekanizmaları gibi birçok alanda kullanılır. Birçok bilimsel aletin temelini de oluşturan piezoelektrik olaylarının bir diğer kullanım alanı ise mikroskoplardır. Aynı zamanda yenilenebilir enerji kaynaklarına da dahil olan bir teknolojidir.
Piezoelektrik Örnekleri
Sensörler ile darbe ve yüksek hızda sıkıştırma olarak kuvvet algılama uygulamalarında piezoelektrik kullanılır. Aynı zamanda;
- Saldırı dedektörleri
- Alarmlar
- Ultrasonik uygulamalar
- İvme ölçerler
- Hareket algılayıcılar
piezoelektriğe örnek olarak verilebilir. Ayrıca ölçüm yapan aletlerde de kullanıldığı atlanmamalıdır.
Piezoelektrik Malzemeler
Elektrik sinyalini harekete veya hareketli elektrik sinyallerine dönüştüren piezoelektrik malzemeler arasında en fazla kurşun-zirkonyum-titanyum seramik vardır. Bu etkiyi yaratırken önemli olan simetri merkezi olmayan kristallerin kullanılmasıdır. Bunlar;
- Kuartz
- Turmalin
- Baryum titanat
- Çinko oksit
- PVDF
Bunların dışında ayakkabı tabanı üretilebilir ve her adım atıldığında elektrik üretimi gerçekleşir. Bunun sayesinde telefon ve mp3 gibi kişisel elektronik aletler için depolanabilir bataryalar kullanılmasına olanak sağlar.
Piezoelektrik Kristal
Kuvars minerali, turmalin ve Rochelle tuzunun oluşturduğu Piezoelektrik kristal, yüzeylerine bağlı olarak titreşim frekansı ve voltaj üretir. Kristal kesim yüzeyi merkeze göre simetriktir. Bazı kristallerle katılara uygulanan mekanik basınçlar, malzemenin elektrik potansiyelini değiştirir. Malzeme kısa devreyse basınç voltaj meydana getiremez. Düzenli bir kutuplaşmaya sahip kristallere basınç uygulanması durumunda, yüzeydeki yük birikimi artar ve iki uç arasında gerilim farkı oluşur. Piezoelektrik kristaller, mekanik titreşimlerin elektrik dalgalara dönüştürülmesini sağlayarak transdüserlerde kullanılır.
Piezoelektrik Kullanım Alanları
Piezoelektrik kullanım alanları çok geniştir. Otomotiv endüstrisinden medikal sistemlere; tüketici elektroniğinden askeri sistemlere birçok alanda kullanılabildiği gibi günlük hayatta da kullanılır. Otomatik endüstrisinde;
- Airbag sensörleri
- Yakıt püskürtücüler
- Emniyet kemeri uyarıcı sesleri
- Park sensörü
Bilgisayar sektöründe ise;
- Disk sürücülerinde
- Mürekkep püskürtmeli yazıcılarda
kullanılır. Derinlik algılayıcılar, güdüm sistemleri, hidrofon ve sonar sistemler de askeri sistemlerde kullanım alanlarına örnektir. Tüketici elektroniği dediğimiz çakmak, mücevher temizleyiciler, müzik enstrümanları gibi eşyalarda da kullanılır.
Piezoelektrik Projeleri
Birçok ülke enerjide bağımsız olabilmek için piezoelektrik projeleri üretiyor. Bunlardan biri de ayakkabı tabanlarına piezoelektrik kristalleri ekleyerek hareket halinde enerji üretmektir. Aynı zamanda bazı kristallere mekanik bir kuvvet uygulanmasıyla kristaller gerilme ve sıkışma sonucu kutuplaşırlar. Bu da elektrik alan veya elektrik potansiyel oluşturur. Aynı zamanda bir diğer proje ise radyo dinlerken oluşan ses titreşimlerinden kristallerle enerji dönüşümü sağlanmasıdır. Bu projeler sayesinde telefonlar şarj edebilecek kadar enerji üretilmiş olur. Bu yüzden bu kristallere küçük elektrik jeneratörü de denebilir.
