Qual è l'effetto piezoelettrico?

L'effetto piezoelettrico è una proprietà unica di alcuni cristalli in cui genereranno un campo elettrico o una corrente se sottoposti a sollecitazione fisica.Lo stesso effetto può anche essere osservato al contrario, in cui un campo elettrico imposto sul cristallo metterà stress sulla sua struttura.L'effetto piezoelettrico è essenziale per i trasduttori, che sono componenti elettrici utilizzati in un'ampia varietà di applicazioni di sensori e circuiti.Nonostante la versatilità del fenomeno per le applicazioni in dispositivi elettromeccanici, fu scoperto nel 1880, ma non trovò un uso diffuso fino a circa la metà di un secolo dopo.I tipi di strutture cristalline che presentano l'effetto piezoelettrico includono quarzo, topazio e sale di rochelle, che è un tipo di sale di potassio con la formula chimica di Knac ₄ H ₄ 6 _4H 2 _O.

Pierre Curie, famosa per aver vinto il premio Nobel del 1903 in fisica per la ricerca sulle radiazioni con sua moglie Marie, è attribuita la scoperta dell'effetto piezoelettrico con suo fratello Jacques Curie nel 1880. I fratelli non hanno scoperto l'effetto piezoelettrico inverso, tuttavia, dove l'elettricità deforma i cristalli.Gabriel Lippmann, un fisico franco-luxemburgish, è accreditato con la scoperta di effetto inverso l'anno successivo, che portò alla sua invenzione dell'elettrometro Lippmann nel 1883, un dispositivo nel cuore del funzionamento della prima macchina di elettrocarniografia sperimentale (ECG).

Gli effetti piezoelettrici hanno la proprietà unica di sviluppare spesso migliaia di volt di differenze di potenziale di energia elettrica con livelli di corrente molto bassa.Ciò rende anche piccoli piccoli oggetti di cristalli piezoelettrici per la generazione di scintille nelle apparecchiature di accensione come i forni a gas.Altri usi comuni per i cristalli piezoelettrici includono il controllo dei movimenti precisi in microscopi, stampanti e orologi elettronici.

Il processo in base al quale si verifica l'effetto piezoelettrico si basa sulla struttura fondamentale di un reticolo di cristallo.I cristalli generalmente hanno un saldo di carica in cui le cariche negative e positive si annullano con precisione lungo i piani rigidi del reticolo cristallino.Quando questa bilanciamento di carica viene interrotta applicando lo stress fisico a un cristallo, l'energia viene trasferita da portatori di carica elettrica, creando una corrente nel cristallo.Con l'effetto piezoelettrico conversa, applicando un campo elettrico esterno al cristallo sbilancerà lo stato di carica neutro, che si traduce in stress meccanico e leggero rialdazione della struttura reticolare.

A partire dal 2011, l'effetto piezoelettrico è stato ampiamente monopolizzato e usato inTutto, dagli orologi al quarzo agli accenditori di scaldabagno, griglie portatili e persino alcuni accendini portatili.Nelle stampanti per computer, i cristalli minuscoli vengono utilizzati sugli ugelli di shjet per bloccare il flusso di inchiostro.Quando viene applicata una corrente, si deformano, consentendo all'inchiostro di fluire sulla carta in volumi attentamente controllati per produrre testo e immagini.

L'effetto piezoelettrico può anche essere usato per generare suono per altoparlanti in miniatura negli orologi e nei trasduttori sonori.misurare le distanze tra oggetti come per i cercatori di stallone nel settore delle costruzioni.I trasduttori ad ultrasuoni si basano anche su cristalli piezoelettrici e molti microfoni.A partire dal 2011, usano cristalli realizzati con bario tinato, titanato di piombo o zirconato di piombo, che producono tensioni più basse rispetto al sale di Rochelle, che era il cristallo standard nelle prime forme di queste tecnologie.

Una delle forme di tecnologia più avanzate per capitalizzare l'effetto piezoelettrico a partire dal 2011 è quella del microscopio a tunneling a scansione (STM) che viene utilizzata per esaminare visivamente la struttura degli atomi e delle piccole molecole.La STM è uno strumento fondamentale nel campo della nanotecnologia.I cristalli piezoelettrici utilizzati negli STM sono in grado di generare movimento misurabile sulla scala di un solo FEW nanometri o miliardi di metri.