ปรากฎการณ์เพียโซอิเล็กทริกเป็นปรากฏการณ์ที่วัสดุบางชนิด ที่มีโครงผลึกแบบไอออนิกและมีหน่วยเซลล์ที่ไม่สมมาตร มีผลทำให้เกิดอิเล็กทริกไดโพล(electric dipole)ขึ้นเล็กน้อย ตัวอย่างเช่น barium titanate(BaTiO3) ที่อุณหภูมิมากกว่า 120°C BaTiO3จะมีโครงสร้างผลึกที่สมมาตร แต่เมื่ออุณหภูมิต่ำกว่า 120°C ไอออนของ Ti4+ ที่อยู่ตรงกลาง และไอออนของ O2- ที่อยู่ล้อมรอบในหน่วยเซลล์ของ BaTiO3จะเกิดการเหลื่อมกันในทิศตรงกันข้ามเล็กน้อย ทำให้เกิดอิเล็กทริกไดโพลโมเมนต์ (electric dipole moment)
อุณหภูมิ 120 °C นี้จะเรียกว่า อุณหภูมิ Curie ซึ่งเป็นอุณหภูมิวิกฤตที่มีการเปลี่ยนโครงสร้างของ BaTiO3 จากรูปลูกบาศก์ไปเป็นรูป tetragonal
ผลจากการเปลี่ยนโครงสร้างเมื่ออุณหภูมิต่ำกว่า 120 °C จะส่งผลให้โครงสร้างของ BaTiO3 เกิดความไม่สมมาตรกัน ทำให้จุดศูนย์กลางประจุ(+) ทั้งหมดภายในแผ่นเซลล์แยกออกจากจุดศูยน์กลางของประจุลบ ทำให้เกิดขั้วไฟฟ้าขึ้น 2 ขั้ว และจากลักษณะดังกล่าว เมื่อใส่แรงกดเข้าไปก็จะเกิดประจุไฟฟ้าบวกและลบขึ้นในโครงสร้างของ BaTiO3 และเมื่อใส่แรงดึง จะเกิดประจุไฟฟ้าที่มีขั้วตรงกันข้าม และเมื่อนำแผ่นเซรามิกส์นี้ไปใส่สนามไฟฟ้าผลึกจะเกิดการยืด และเมื่อกลับทิศสนามไฟฟ้าผลึกจะเกิดการหด เรียกปรากฎการณ์การยืดและหดนี้ว่า piezoelectric
ดังนั้นอาจกล่าวได้ว่า ปรากฎการณ์เพียโซอิเล็กทริกของผลึกก็คือ เมื่อให้การเปลี่ยนแปลงของประจุไฟฟ้า (Conversion of electricity) ผ่านเข้าสู่ผลึก ทำให้โมเลกุลผ่านในผลึก เกิดการสั่นสะเทือน (Mechanical vibrations) แล้วปล่อยคลื่นเสียงความถี่สูง ออกมาสู่ภายนอก และในทางกลับกัน เมื่อคลื่นเสียงกระทบผลึกนี้ ทำให้โมเลกุลภายในเกิดการสั่นสะเทือน แล้วเปลี่ยน ออกมา เป็นการเปลี่ยนแปลงของประจุไฟฟ้าได้ ซึ่งผลึกที่สามารถเกิดปรากฎการณ์เพียโซอิเล็กทริกได้ เช่น ผลึกที่พบในธรรมชาติได้แก่ Quartz ส่วนผลึกสังเคราะห์ ได้แก่ Barium titanate และ Lead irconate titanate
Schematic symbol and electronic model of a piezoelectric sensor
อ้างอิงจาก http://www.mne.eng.psu.ac.th/knowledge/student/ceramic_sensor/piezoelectric1.htm
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น