పైజోఎలెక్ట్రిక్ పదార్థాలు 80 ల చివరి నుండి మరియు ఆట మారుతున్న అనేక ఆవిష్కరణలకు మార్గం సుగమం చేసింది. రూపంలో పనిచేస్తోంది కల ప్రపంచ యుద్ధంలో ఈ పదార్థాలు ఇప్పుడు వారి కోసం ఆవిష్కర్తల దృష్టిని ఆకర్షించాయి ఆధ్యాత్మిక లక్షణాలు . వైర్లెస్ సెన్సార్ నెట్వర్క్లు , ఇంటర్నెట్ ఆఫ్ థింగ్స్ 21 వ శతాబ్దం యొక్క సాంకేతిక యుగాన్ని నియమిస్తుంది. ఈ వింతలను కొనసాగించడానికి, విద్యుత్ అవసరం గొప్ప సవాలుగా మారింది. స్థిరమైన, నమ్మదగిన, పునరుత్పాదక శక్తి మూలం ట్రయల్ బ్లేజింగ్ పవర్ హార్వెస్టర్లపై పరిశోధకులు పొరపాటుకు కారణమయ్యారు పైజోఎలెక్ట్రిక్ పదార్థాలు . ఈ కొత్త యుగాన్ని అన్వేషించడానికి సముద్రయానంలో బయలుదేరండి విద్యుత్ హార్వెస్టర్లు.
పైజోఎలెక్ట్రిక్ మెటీరియల్ అంటే ఏమిటి?
ఏమిటో తెలుసుకోవటానికి a పైజోఎలెక్ట్రిక్ పదార్థం పైజోఎలెక్ట్రిక్ అనే పదం దేనిని సూచిస్తుందో తెలుసుకోవాలి. లో PIEZOELECTRICITY 'పిజో' అనే పదం ఒత్తిడి లేదా ఒత్తిడిని సూచిస్తుంది. ఈ విధంగా పైజోఎలెక్ట్రిసిటీ 'యాంత్రిక ఒత్తిడి లేదా ఉద్రిక్తత ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన విద్యుత్తు' గా నిర్వచించబడింది మరియు ఈ ఆస్తిని ప్రదర్శించే పదార్థాలు వర్గంలోకి వస్తాయి పైజోఎలెక్ట్రిక్ పదార్థాలు . ఈ పదార్థాల ఆవిష్కరణకు క్రెడిట్ వెళుతుంది సర్ జాక్వెస్ క్యూరీ (1856-1941) మరియు పియరీ క్యూరీ (1859-1906) . క్వార్ట్జ్, చెరకు చక్కెర మొదలైన కొన్ని స్ఫటికాకార ఖనిజాలతో ప్రయోగాలు చేస్తున్నప్పుడు… ఈ పదార్థాలపై శక్తి లేదా ఉద్రిక్తత యొక్క అనువర్తనం వ్యతిరేక ధ్రువణత యొక్క వోల్టేజ్లను అనువర్తిత భారానికి ప్రతిపాదిత పరిమాణాలతో ఉత్పత్తి చేస్తుందని వారు కనుగొన్నారు. ఈ దృగ్విషయానికి పేరు పెట్టారు ప్రత్యక్ష పైజోఫెక్ట్ .
తరువాతి సంవత్సరంలో, లిప్మన్ ఈ వోల్టేజ్-ఉత్పత్తి చేసే స్ఫటికాలలో ఒకటి, విద్యుత్ క్షేత్రానికి గురైనప్పుడు, అనువర్తిత క్షేత్రం యొక్క ధ్రువణత ప్రకారం పొడవుగా లేదా కుదించబడిందని పేర్కొంటూ సంభాషణ ప్రభావాన్ని కనుగొన్నారు. పైజోఎలెక్ట్రిక్ పదార్థాలు సోనార్లో క్వార్ట్జ్ ప్రతిధ్వనిగా ఉపయోగించినప్పుడు WW1 లో వారి పాత్రతో గుర్తింపు పొందింది. WW2 కాలంలో, సింథటిక్ పైజోఎలెక్ట్రిక్ పదార్థం కనుగొనబడింది, తరువాత ఇది తీవ్రమైన అభివృద్ధికి దారితీసింది పైజోఎలెక్ట్రిక్ పరికరాలు . పైజోఎలెక్ట్రిక్ పదార్థాన్ని ఉపయోగించే ముందు ఈ పదార్థాలను పిజోఎలెక్ట్రిక్ చేసే లక్షణాలు ఏమిటో తెలుసుకోవాలి.
పైజోఎలెక్ట్రిక్ మెటీరియల్ యొక్క లక్షణాలు మరియు ఇది ఎలా పని చేస్తుంది?
పైజోఎలెక్ట్రిక్ పదార్థాల రహస్యం వాటి ప్రత్యేకమైన అణు నిర్మాణంలో ఉంది. పైజోఎలెక్ట్రిక్ పదార్థాలు అయాను బంధంతో ఉంటాయి మరియు యూనిట్ కణాలు అని పిలువబడే జంటల రూపంలో సానుకూల మరియు ప్రతికూల అయాన్లను కలిగి ఉంటాయి. ఈ పదార్థాలు ప్రకృతిలో అందుబాటులో ఉన్నాయి అనిసోట్రోపిక్ డైఎలెక్ట్రిక్ తో నాన్-సెంట్రోసిమ్మెట్రిక్ క్రిస్టల్ లాటిస్ అనగా వాటికి ఉచిత విద్యుత్ ఛార్జీలు లేవు మరియు అయాన్లకు సమరూపత కేంద్రం లేదు.
ప్రత్యక్ష పిజోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావం
ఈ పదార్థాలపై యాంత్రిక ఒత్తిడి లేదా ఘర్షణ వర్తించినప్పుడు, ఒకదానికొకటి సంబంధించి సానుకూల మరియు ప్రతికూల అయాన్ల నికర కదలిక కారణంగా క్రిస్టల్ యొక్క పరమాణు నిర్మాణం యొక్క జ్యామితి మారుతుంది, ఫలితంగా విద్యుత్ ద్విధ్రువం లేదా ధ్రువణత . అందువలన క్రిస్టల్ ఒక విద్యుద్వాహకము నుండి చార్జ్ చేయబడిన పదార్థానికి మారుతుంది. ఉత్పత్తి చేయబడిన వోల్టేజ్ మొత్తం క్రిస్టల్కు వర్తించే ఒత్తిడి లేదా ఉద్రిక్తతకు నేరుగా అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది.
ప్రత్యక్ష పిజోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావం
పైజోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావం
ఎప్పుడు విద్యుత్ ఈ స్ఫటికాలకు వర్తించబడుతుంది ఎలక్ట్రిక్ డైపోల్స్, స్ఫటికం యొక్క వైకల్యానికి కారణమయ్యే డైపోల్ కదలికను ఏర్పరుస్తాయి, తద్వారా సంభాషణకు దారితీస్తుంది పైజోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావం చిత్రంలో చూపినట్లు.
పైజోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావం
సింథటిక్ పైజోఎలెక్ట్రిక్ మెటీరియల్స్
మానవ నిర్మిత పైజోఎలెక్ట్రిక్ పదార్థాలు వంటి పైజోఎలెక్ట్రిక్ సిరామిక్స్ ఆకస్మిక ధ్రువణాన్ని ప్రదర్శించండి (ఫెర్రోఎలెక్ట్రిక్ ప్రాపర్టీ) అనగా విద్యుత్ క్షేత్రం వర్తించనప్పుడు కూడా వాటి నిర్మాణంలో ద్విధ్రువం ఉంటుంది. ఇక్కడ మొత్తం పైజోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావం ఉత్పత్తి వారి అణు నిర్మాణంపై ఆధారపడి ఉంటుంది. నిర్మాణంలో ఉన్న ద్విధ్రువాలు డొమైన్-ప్రాంతాలను ఏర్పరుస్తాయి, ఇక్కడ పొరుగు ద్విధ్రువాలు ఒకే అమరికను కలిగి ఉంటాయి. ప్రారంభంలో, ఈ డొమైన్లు యాదృచ్ఛికంగా ఆధారితమైనవి కాబట్టి నెట్ ధ్రువణత ఉండదు.
క్యూరీ పాయింట్ పైన మరియు క్రింద పెరోవ్స్కైట్ క్రిస్టల్ నిర్మాణం
ఈ సిరామిక్స్ వారి క్యూరీ పాయింట్ గుండా వెళుతున్నప్పుడు బలమైన DC ఎలక్ట్రిక్ ఫీల్డ్ను వర్తింపజేయడం ద్వారా డొమైన్లు అనువర్తిత విద్యుత్ క్షేత్రం దిశలో సమలేఖనం అవుతాయి. ఈ ప్రక్రియ అంటారు ఎన్నికలో . గది ఉష్ణోగ్రతకు శీతలీకరణ మరియు అనువర్తిత విద్యుత్ క్షేత్రాన్ని తొలగించిన తరువాత, అన్ని డొమైన్లు వాటి ధోరణిని నిర్వహిస్తాయి. ఈ ప్రక్రియ పూర్తయిన తరువాత, సిరామిక్ ప్రదర్శిస్తుంది పైజోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావం . క్వార్ట్జ్ వంటి సహజంగా ఉన్న పైజోఎలెక్ట్రిక్ పదార్థాలు ప్రదర్శించబడవు ఫెర్రోఎలెక్ట్రిక్ ప్రవర్తన .
పైజోఎలెక్ట్రిక్ సమీకరణం
పైజోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావాన్ని ఈ క్రింది వాటితో వివరించవచ్చు పైజోఎలెక్ట్రిక్ కలపడం సమీకరణాలు
ప్రత్యక్ష పిజోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావం: S = sE .T + d. ఇ
పైజోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావం: D = d.T + εT.E
ఎక్కడ,
D = విద్యుత్ స్థానభ్రంశం వెక్టర్
టి = ఒత్తిడి వెక్టర్
sE = స్థిరమైన విద్యుత్ క్షేత్ర బలం వద్ద సాగే గుణకాల మాతృక,
ఎస్ = స్ట్రెయిన్ వెక్టర్
MechanT = స్థిరమైన యాంత్రిక జాతి వద్ద విద్యుద్వాహక మాతృక
E = ఎలక్ట్రిక్ ఫీల్డ్ వెక్టర్
d = ప్రత్యక్ష లేదా సంభాషణ పైజోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావం
వేర్వేరు దిశలలో వర్తించే విద్యుత్ క్షేత్రం పైజోఎలెక్ట్రిక్ పదార్థాలలో వివిధ రకాల ఒత్తిడిని సృష్టిస్తుంది. కాబట్టి అనువర్తిత క్షేత్రం యొక్క దిశను తెలుసుకోవడానికి గుణకాలతో పాటు సంకేత సమావేశాలు ఉపయోగించబడతాయి. దిశను నిర్ణయించడానికి, 1, 2, 3 అక్షాలు X, Y, Z కి సమానంగా ఉపయోగించబడతాయి. పోలింగ్ ఎల్లప్పుడూ 3 దిశలో వర్తించబడుతుంది. డబుల్ సబ్స్క్రిప్ట్లతో కూడిన గుణకం విద్యుత్ మరియు యాంత్రిక లక్షణాలను మొదటి సబ్స్క్రిప్ట్తో సంబంధం కలిగి ఉంటుంది. వోల్టేజ్కు అనుగుణంగా విద్యుత్ క్షేత్రం లేదా ఉత్పత్తి చేయబడిన ఛార్జ్. రెండవ సబ్స్క్రిప్ట్ యాంత్రిక ఒత్తిడి దిశను ఇస్తుంది.
ఎలక్ట్రోమెకానికల్ కలపడం గుణకం రెండు రూపాల్లో సంభవిస్తుంది. మొదటిది d అనే యాక్చుయేషన్ పదం, మరియు రెండవది సెన్సార్ పదం గ్రా. పైజోఎలెక్ట్రిక్ కోఎఫీషియంట్స్తో పాటు వాటి సంకేతాలతో వివరించవచ్చు d33
ఎక్కడ,
అనువర్తిత ఒత్తిడి 3 వ దిశలో ఉందని d నిర్దేశిస్తుంది.
3 ఎలక్ట్రోడ్లు 3 వ అక్షానికి లంబంగా ఉన్నాయని నిర్దేశిస్తుంది.
3 పిజోఎలెక్ట్రిక్ స్థిరాంకాన్ని నిర్దేశిస్తుంది.
పైజోఎలెక్ట్రిక్ మెటీరియల్ ఎలా పనిచేస్తుంది?
పైన వివరించిన విధంగా పైజోఎలెక్ట్రిక్ పదార్థాలు పని చేయగలవు రెండు మోడ్లు :
- ప్రత్యక్ష పిజోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావం
- పైజోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావాన్ని మార్చండి
ఈ మోడ్ల యొక్క అనువర్తనాన్ని అర్థం చేసుకోవడానికి ప్రతి ఒక్కరికీ ఒక ఉదాహరణ తీసుకుందాం.
డైరెక్ట్ పైజోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావాన్ని ఉపయోగించి హీల్-స్ట్రైక్ జనరేటర్:
దర్పా సైనికులను పోర్టబుల్ పవర్ జెనరేటర్తో సన్నద్ధం చేయడానికి ఈ పరికరాన్ని అభివృద్ధి చేసింది. సైనికుడు నడుస్తున్నప్పుడు బూట్లలో అమర్చిన పైజోఎలెక్ట్రిక్ పదార్థం యాంత్రిక ఒత్తిడిని అనుభవిస్తుంది. ప్రత్యక్ష కారణంగా పైజోఎలెక్ట్రిక్ ఆస్తి , ఈ యాంత్రిక ఒత్తిడి కారణంగా పదార్థం విద్యుత్ చార్జ్ను ఉత్పత్తి చేస్తుంది. ఈ ఛార్జ్ నిల్వ చేయబడుతుంది కెపాసిటర్ లేదా బ్యాటరీలు తద్వారా ప్రయాణంలో వారి ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలను ఛార్జ్ చేయడానికి ఉపయోగించవచ్చు.
హీల్ స్ట్రైక్ జనరేటర్
కన్వర్స్ పైజోఎలెక్ట్రిక్ ఎఫెక్ట్ ఉపయోగించి గడియారాలలో క్వార్ట్జ్ క్రిస్టల్ ఓసిలేటర్
గడియారాలు a క్వార్ట్జ్ క్రిస్టల్ . సర్క్యూట్ కన్వర్స్ పైజోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావం ద్వారా బ్యాటరీ నుండి విద్యుత్తు ఈ క్రిస్టల్కు వర్తించినప్పుడు. ఎలక్ట్రిక్ ఛార్జ్ యొక్క అనువర్తనంపై ఈ ప్రభావం కారణంగా క్రిస్టల్ సెకనుకు 32768 సార్లు పౌన frequency పున్యంతో డోలనం చెందుతుంది. సర్క్యూట్లో ఉన్న మైక్రోచిప్ ఈ డోలనాలను లెక్కిస్తుంది మరియు సెకనుకు ఒక సాధారణ పల్స్ను ఉత్పత్తి చేస్తుంది, ఇది వాచ్ యొక్క రెండవ చేతులను తిరుగుతుంది.
గడియారాలలో ఉపయోగించే సంభాషణ పైజో ప్రభావం
పైజోఎలెక్ట్రిక్ పదార్థాల ఉపయోగాలు
దాని ప్రత్యేకత కారణంగా లక్షణాలు, పైజోఎలెక్ట్రిక్ పదార్థాలు వివిధ సాంకేతిక ఆవిష్కరణలలో ముఖ్యమైన పాత్రను పొందారు.
డైరెక్ట్ పైజో ప్రభావం యొక్క ఉపయోగం
- జపాన్ రైలు స్టేషన్లలో “ క్రౌడ్ ఫామ్ రహదారిపై పొందుపరిచిన పైజోఎలెక్ట్రిక్ పలకలపై పాదచారుల అడుగుజాడలు విద్యుత్తును ఉత్పత్తి చేయగల చోట ”పరీక్షించబడింది.
- 2008 లో, లండన్లోని ఒక నైట్క్లబ్ పైజోఎలెక్ట్రిక్ పదార్థాలతో తయారు చేసిన మొదటి పర్యావరణ అనుకూలమైన అంతస్తును నిర్మిస్తుంది, ఇది ప్రజలు నృత్యం చేసేటప్పుడు లైట్ బల్బులను శక్తివంతం చేయడానికి విద్యుత్తును ఉత్పత్తి చేస్తుంది.
- పైజోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావం యాంత్రిక ఫ్రీక్వెన్సీ ఫిల్టర్లుగా ఉపయోగకరమైన అనువర్తనాన్ని కనుగొంటుంది, ఉపరితల శబ్ద తరంగ పరికరాలు , బల్క్ ఎకౌస్టిక్ వేవ్ పరికరాలు, మొదలైనవి…
- సౌండ్ మరియు అల్ట్రాసౌండ్ మైక్రోఫోన్లు మరియు స్పీకర్లు, అల్ట్రాసోనిక్ ఇమేజింగ్ , హైడ్రోఫోన్లు.
- గిటార్ల కోసం పైజోఎలెక్ట్రిక్ పికప్లు, బయోసెన్సర్లు పేస్మేకర్ను శక్తివంతం చేయడానికి.
- సోజోర్ తరంగాలు, సింగిల్-యాక్సిస్ మరియు డ్యూయల్-యాక్సిస్ యొక్క గుర్తింపు మరియు ఉత్పత్తిలో పిజోఎలెక్ట్రిక్ మూలకాలు కూడా ఉపయోగించబడతాయి టిల్ట్ సెన్సింగ్ .
రోడ్ వేస్ నుండి పైజోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావం
కన్వర్స్ పైజోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావం యొక్క ఉపయోగాలు
- యాక్చుయేటర్లు మరియు మోటార్లు
- సూక్ష్మదర్శిని కోసం లెన్స్లలో మైక్రో-ప్రెసిషన్ ప్లేస్మెంట్ మరియు మైక్రో-ప్రెసిషన్ సర్దుబాట్లు.
- ప్రింటర్లలో సూది డ్రైవర్, సూక్ష్మీకరించిన మోటార్లు, బిమోర్ఫ్ యాక్యుయేటర్లు.
- ఆప్టిక్స్లో చక్కటి స్థానం కోసం బహుళస్థాయి యాక్యుయేటర్లు
- ఆటోమోటివ్ ఇంధన కవాటాలు మొదలైన వాటిలో ఇంజెక్షన్ వ్యవస్థలు…
కెమెరాలో మైక్రో అడ్జస్ట్మెంట్గా పిజో ఎలక్ట్రిక్ ఎఫెక్ట్
ఎలక్ట్రికల్ మరియు మెకానికల్ ఫీల్డ్లను కలపడం ద్వారా:
- పదార్థాల పరమాణు నిర్మాణం యొక్క పరిశోధన కోసం.
- నిర్మాణ సమగ్రతను పర్యవేక్షించడం మరియు పౌర, పారిశ్రామిక మరియు ఏరోస్పేస్ నిర్మాణాలలో ప్రారంభ దశలో లోపాలను గుర్తించడం.
పైజోఎలెక్ట్రిక్ మెటీరియల్స్ యొక్క ప్రయోజనాలు మరియు పరిమితులు
పైజోఎలెక్ట్రిక్ పదార్థాల యొక్క ప్రయోజనాలు మరియు పరిమితులు ఈ క్రింది వాటిని కలిగి ఉంటాయి.
ప్రయోజనాలు
- పైజోఎలెక్ట్రిక్ పదార్థాలు ఏ ఉష్ణోగ్రత పరిస్థితులలోనైనా పనిచేయగలవు.
- అవి తక్కువ కర్బన పాదముద్ర శిలాజ ఇంధనానికి వాటిని ఉత్తమ ప్రత్యామ్నాయంగా మారుస్తుంది.
- ఈ పదార్థాల లక్షణాలు వాటిని ఉత్తమ శక్తి హార్వెస్టర్లుగా చేస్తాయి.
- కంపనాల రూపంలో కోల్పోయిన ఉపయోగించని శక్తిని ఆకుపచ్చ శక్తిని ఉత్పత్తి చేయడానికి నొక్కవచ్చు.
- ఈ పదార్థాలను తిరిగి ఉపయోగించుకోవచ్చు.
పరిమితులు
- వైబ్రేషన్లతో పనిచేసేటప్పుడు ఈ పరికరాలు అవాంఛిత వైబ్రేషన్లను కూడా తీసుకునే అవకాశం ఉంది.
- పేవ్మెంట్లు మరియు రోడ్ల నుండి శక్తిని నొక్కడానికి ఉపయోగించినప్పుడు నిరోధకత మరియు మన్నిక పరికరాలకు పరిమితులను వర్తిస్తాయి.
- పైజోఎలెక్ట్రిక్ పదార్థం మరియు పేవ్మెంట్ పదార్థం యొక్క దృ ff త్వం మధ్య అసమతుల్యత.
- ఈ పరికరాల పూర్తి వినియోగాన్ని దోచుకోవడానికి ఈ పరికరాల గురించి తక్కువ తెలిసిన వివరాలు మరియు ఇప్పటి వరకు చేసిన పరిశోధనలు సరిపోవు.
'అవసరం ఆవిష్కరణకు తల్లి' అని చెప్పబడుతున్నందున, హస్టిల్ లేని, తక్కువ కార్బన్ పాదముద్ర శక్తి పెంపకం పరికరం కోసం మన అవసరం పైజోఎలెక్ట్రిక్ పదార్థాలు మళ్ళీ వెలుగులోకి. ఈ పదార్థాలు వాటి పరిమితులను ఎలా అధిగమించగలవు? ప్రయాణానికి ఉపయోగించే ఇంధనం గురించి చింతించే బదులు, మన కారు ఉత్పత్తి చేసే శక్తి గురించి మాత్రమే ఆశ్చర్యపోతామా? మీరు ఏమనుకుంటున్నారు? ఇక్కడ మీ కోసం ఒక ప్రశ్న ఉంది, ఉత్తమ పిజోఎలెక్ట్రిక్ పదార్థం ఏమిటి?