Piezoelektrik Olay Nedir
kaynağı değiştir]
Keşif ve İlk Araştırmalar[değiştir kaynağı değiştir]
Grup III-V ve II-VI malzemeleri gibi merkezi simetrili herhangi bir yığın veya nano yapılı yarı iletken kristalde, uygulanan stres ve gerilme sonucu iyonların polarizasyonu nedeniyle piezoelektrik potansiyel oluşturulabilir. Bu özellik hem çinkoblende hem de wurtzite kristal yapılarında ortaktır. Birinci dereceden çinkoblende'de e14 denilen ve gerilmenin kesme bileşenlerine bağlı yalnızca bir bağımsız piezoelektrik katsayısı vardır. Wurtzite'de bunun yerine üç bağımsız piezoelektrik katsayı vardır: e31, e33 ve e15. En güçlü piezoelektriklik gözlemlenen yarıiletkenler GaN, InN, AlN ve ZnO gibi wurtzite yapısında çok olanlardır (bkz. piezotronik).
'dan beri, güçlü polar yarı iletkenlerde doğrusal olmayan piezoelektrik etkilerle ilgili pek çok rapor vardır.[17] Bu tür etkilerin, birinci dereceden yaklaşıklık ile aynı büyüklük derecesinde olmasa da önemli olduğu kabul edilir.
Uygulama[değiştir kaynağı değiştir]
Piezoelektrik etkinin doğası, katılarda elektrik dipol momentlerinin oluşumuyla yakından ilişkilidir. Sonuncusu ya asimetrik yük çevresi ile kristal kafes bölgelerinde iyonlar için indüklenebilir (BaTiO3 ve PZT’lerde olduğu gibi) veya doğrudan moleküler gruplar tarafından taşınabilir (şeker kamışında olduğu gibi).
Kristaller için dipol yoğunluğu veya kutuplaşma (boyutsallık [C·m/m3]), kristalografik birim hücre hacmi başına dipol momentlerini toplayarak kolayca hesaplanabilir.[2]
Her dipol bir vektör olduğundan, P dipol yoğunluğu bir vektör alanı'dır. Birbirine yakın dipoller, Weiss alanları denilen bölgelerde hizalanma eğilimindedir. Alanlar genellikle rastgele yönlendirilir ama genellikle yüksek sıcaklıklarda malzemeye güçlü elektrik alanı uygulandığı "kutuplama" (manyetik kutuplama ile aynı değildir) süreci kullanılarak hizalanabilir. Tüm piezoelektrik malzemeler kutuplanamaz.[3]
Piezoelektrik etki için belirleyici önem, bir mekanik stres uygulandığında P kutuplaşmanın değişmesidir. Bu, ya dipolü indükleyen çevrenin yeniden yapılandırmasından ya da dış stresin etkisindeki moleküler dipol momentlerinin yeniden yönlendirilmesinden kaynaklanabilir.
Piezoelektrik, polarizasyon kuvvetinin, yönünün veya her ikisinin değişimiyle şu değişkenlere bağlı olarak görülebilir: 1. kristal içindeki P yönü, 2. kristal simetrisi, 3. uygulanan mekanik stres.
P değerindeki değişiklik, kristal yüzler üzerindeki yüzey yük yoğunluğu’nun değişimi olarak yani yığındaki dipol yoğunluğundaki değişikliğin neden olduğu yüzler arasındaki elektrik alanı’nın değişimi olarak görünür. Örneğin, 2&#;kN (&#;lbf) doğru uygulanan kuvvete sahip 1&#;cm3 kuvars küpü 12, V'luk voltaj üretebilir.[4]
Piezoelektrik malzemeler aynı zamanda, bir elektrik alanının uygulanmasının kristalde mekanik şekil değişikliği yarattığı ters piezoelektrik etki denilen zıt etkiyi de gösterir.