एक पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री क्या है? कार्य, लाभ और सीमाएँ

पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री 80 के दशक के उत्तरार्ध से कई खेल-बदलते आविष्कारों के लिए मार्ग प्रशस्त हुआ है। के रूप में सेवा कर रहा है सपना है विश्व युद्ध में इन सामग्रियों ने अब उनके लिए आविष्कारकों की निगाहें गड़ा दी हैं रहस्यवादी विशेषताएँ । वायरलेस सेंसर नेटवर्क , चीजों की इंटरनेट 21 वीं सदी के तकनीकी युग पर शासन करता है। इन सस्ता माल को बनाए रखने और चलाने के लिए, बिजली की आवश्यकता सबसे बड़ी चुनौती बन गई है। एक स्थायी, विश्वसनीय के लिए शिकार, नवीकरणीय ऊर्जा स्रोत शोधकर्ताओं ने ट्रेलब्लेजिंग पावर हार्वेस्टर पर ठोकर खाई- पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री । आइए इन नए युगों की खोज करने के लिए एक यात्रा पर चलते हैं बिजली हार्वेस्टर।

Piezoelectric सामग्री क्या है?

यह जानने के लिए कि ए पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री क्या किसी को पता है कि पीजोइलेक्ट्रिक शब्द का अर्थ क्या है? में PIEZOELECTRICITY 'पीजो' शब्द दबाव या तनाव के लिए खड़ा है। इस प्रकार पीजोइलेक्ट्रिसिटी के रूप में परिभाषित किया गया है 'यांत्रिक तनाव या तनाव के अनुप्रयोग द्वारा उत्पन्न बिजली' और इस संपत्ति को प्रदर्शित करने वाली सामग्री की श्रेणी में आता है पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री । इन सामग्रियों की खोज का श्रेय जाता है सर जैक्स क्यूरी (1856-1941) तथा पियरे क्यूरी (1859-1906) । क्वार्ट्ज, केन शुगर, आदि जैसे कुछ क्रिस्टलीय खनिजों के साथ प्रयोग करते समय ... उन्होंने पाया कि इन सामग्रियों पर बल या तनाव के प्रभाव से लागू भार में परिमाण प्रस्ताव के साथ विपरीत ध्रुवों के वोल्टेज उत्पन्न होते हैं। इस घटना को नाम दिया गया था प्रत्यक्ष पीजोफेक्ट ।

अगले वर्ष में, लिपमैन एक विद्युत क्षेत्र के संपर्क में आने पर, इनमें से एक वोल्टेज जनित क्रिस्टल को बताते हुए संकेंद्रित प्रभाव की खोज की गई, जो लागू क्षेत्र की ध्रुवता के अनुसार लंबा या छोटा हो गया। पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री डब्ल्यूडब्ल्यू 1 में अपनी भूमिका के साथ पहचान में आया जब क्वार्टर को सोनार में गुंजयमान यंत्र के रूप में इस्तेमाल किया गया था। WW2 की अवधि के दौरान, सिंथेटिक पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री की खोज की गई थी, जिसने बाद में इसका गहन विकास किया पीजोइलेक्ट्रिक उपकरण । पाईज़ोइलेक्ट्रिक सामग्री का उपयोग करने से पहले, किसी को यह जानना चाहिए कि इन सामग्रियों को पीज़ोइलेक्ट्रिक क्या बनाते हैं।

Piezoelectric सामग्री के गुण और यह कैसे काम करता है?

पीज़ोइलेक्ट्रिक सामग्रियों का रहस्य उनकी अद्वितीय परमाणु संरचना में निहित है। पीज़ोइलेक्ट्रिक सामग्री आयनिक रूप से बंधी होती हैं और इसमें जोड़े और यूनिट कोशिकाओं के रूप में सकारात्मक और नकारात्मक आयन होते हैं। ये सामग्री प्रकृति में उपलब्ध हैं अनिसोट्रोपिक ढांकता हुआ साथ से गैर-Centrosymmetric क्रिस्टल जाली अर्थात्, उनके पास कोई निःशुल्क विद्युत शुल्क नहीं है और आयनों में समरूपता के केंद्र का अभाव है।

प्रत्यक्ष पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव

जब इन सामग्रियों पर यांत्रिक तनाव या घर्षण लागू होता है, तो एक दूसरे के संबंध में सकारात्मक और नकारात्मक आयनों के शुद्ध संचलन के कारण क्रिस्टल की परमाणु संरचना की ज्यामिति बदल जाती है, जिसके परिणामस्वरूप विद्युत द्विध्रुव या ध्रुवीकरण । इस प्रकार क्रिस्टल एक ढांकता हुआ से आवेशित पदार्थ में बदल जाता है। उत्पन्न वोल्टेज की मात्रा क्रिस्टल पर लागू तनाव या तनाव की मात्रा के सीधे आनुपातिक है।

प्रत्यक्ष पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव

पियोजोइलेक्ट्रिक प्रभाव के अनुरूप

कब बिजली इन क्रिस्टल पर लागू होता है विद्युत द्विध्रुव प्रकट होता है, द्विध्रुवीय गति का निर्माण होता है जो क्रिस्टल की विकृति का कारण बनता है, इस प्रकार विक्षेप को जन्म देता है पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव जैसा कि चित्र में दिखाया गया है।

पियोजोइलेक्ट्रिक प्रभाव के अनुरूप

सिंथेटिक पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री

मानव निर्मित पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री पसंद पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक स्पॉन्टेनियस ध्रुवीकरण (फेरोइलेक्ट्रिक प्रॉपर्टी) यानी द्विध्रुवीय उनकी संरचना में विद्यमान है जब कोई विद्युत क्षेत्र लागू नहीं होता है। यहां की राशि पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव उत्पादित दृढ़ता से उनकी परमाणु संरचना पर निर्भर करता है। संरचना में मौजूद द्विध्रुव, डोमेन-क्षेत्र बनाते हैं जहां पड़ोसी द्विध्रुव में एक ही संरेखण होता है। प्रारंभ में, ये डोमेन बेतरतीब ढंग से उन्मुख होते हैं, जिससे कोई शुद्ध ध्रुवीकरण नहीं होता है।

पेर्वोसाइट क्रिस्टल स्ट्रक्चर ऊपर और नीचे क्यूरी पॉइंट

जब वे अपने क्यूरी बिंदु से गुजरते हैं तो इन मिट्टी के क्षेत्रों में एक मजबूत डीसी विद्युत क्षेत्र को लागू करके डोमेन को विद्युत क्षेत्र की दिशा में संरेखित किया जाता है। इस प्रक्रिया को कहा जाता है मतदान । कमरे के तापमान को ठंडा करने और लागू विद्युत क्षेत्र को हटाने के बाद, सभी डोमेन अपने अभिविन्यास को बनाए रखते हैं। इस प्रक्रिया के पूरा होने के बाद, सिरेमिक प्रदर्शित करता है पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव । प्राकृतिक मौजूदा पीज़ोइलेक्ट्रिक सामग्री जैसे क्वार्ट्ज प्रदर्शित नहीं करते हैं फेरोइलेक्ट्रिक व्यवहार ।

पीजोइलेक्ट्रिक समीकरण

Piezoelectric प्रभाव निम्नलिखित के साथ वर्णित किया जा सकता है पीजोइलेक्ट्रिक युग्मन समीकरण

प्रत्यक्ष पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव: S = sE .T + d। इ
पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव के अनुरूप: D = d.T + ET.E

कहा पे,

डी = विद्युत विस्थापन वेक्टर

टी = तनाव वेक्टर

निरंतर बिजली के क्षेत्र में लोचदार गुणांक के एसई = मैट्रिक्स,

एस = तनाव वेक्टर

strainT = निरंतर यांत्रिक खिंचाव पर ढांकता हुआ मैट्रिक्स

ई = विद्युत क्षेत्र वेक्टर

डी = प्रत्यक्ष या ऐंठन piezoelectric प्रभाव

विभिन्न दिशाओं में लगाया गया विद्युत क्षेत्र पीजोइलेक्ट्रिक सामग्रियों में विभिन्न मात्रा में तनाव उत्पन्न करता है। तो लागू क्षेत्रों की दिशा जानने के लिए गुणांक के साथ साइन कन्वेंशन का उपयोग किया जाता है। दिशा निर्धारित करने के लिए, एक्स, वाई, जेड। 3 के अनुरूप 1, 2, 3 का उपयोग हमेशा किया जाता है। पोलिंग को हमेशा 3 की दिशा में लागू किया जाता है। डबल सब्सक्राइबर्स के साथ गुणांक पहली सबस्क्रिप्ट के साथ इलेक्ट्रिकल और मैकेनिकल विशेषताओं से संबंधित होता है, जो दिशा का वर्णन करता है। वोल्टेज लागू या चार्ज के अनुसार विद्युत क्षेत्र। दूसरी उपधारा यांत्रिक तनाव की दिशा देती है।

इलेक्ट्रोमैकेनिकल कपलिंग गुणांक दो रूपों में होता है। पहला है एक्टेशन टर्म d, और दूसरा है सेंसर टर्म जी। पीजोइलेक्ट्रिक गुणांक के साथ-साथ उनकी सूचनाओं को समझाया जा सकता है d33

कहा पे,

डी निर्दिष्ट लागू तनाव 3 दिशा में है।

3 निर्दिष्ट इलेक्ट्रोड 3 अक्ष के लंबवत हैं।

3 पीजोइलेक्ट्रिक स्थिरांक निर्दिष्ट करता है।

Piezoelectric सामग्री कैसे काम करती है?

जैसा कि ऊपर बताया गया है कि पीजोइलेक्ट्रिक मटीरियल काम कर सकता है दो मोड :

• • प्रत्यक्ष पीज़ोइलेक्ट्रिक प्रभाव
  • पीज़ोइलेक्ट्रिक प्रभाव के अनुरूप

इन विधियों के अनुप्रयोग को समझने के लिए प्रत्येक के लिए एक उदाहरण लें।

प्रत्यक्ष पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव का उपयोग कर हील-स्ट्राइक जेनरेटर:

DARPA इस उपकरण को एक पोर्टेबल पावर जनरेटर के साथ सैनिकों से लैस करने के लिए विकसित किया गया है। जूते में प्रत्यारोपित पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री यांत्रिक तनाव का अनुभव करती है जब सैनिक चलता है। प्रत्यक्ष के कारण पीजोइलेक्ट्रिक संपत्ति सामग्री इस यांत्रिक तनाव के कारण विद्युत आवेश उत्पन्न करती है। इस चार्ज में जमा है संधारित्र या बैटरियों जिससे चलते समय अपने इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को चार्ज करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है।

हील स्ट्राइक जेनरेटर

क्वार्ट्ज क्रिस्टल थरथरानवाला घड़ियाँ पीज़ोइलेक्ट्रिक प्रभाव का उपयोग करते हुए

घड़ियाँ एक होते हैं क्वार्ट्ज क्रिस्टल । जब बैटरी से बिजली सर्किट क्रिस्टल के माध्यम से लागू होती है, तो पाइज़ोइलेक्ट्रिक प्रभाव होता है। विद्युत आवेश के अनुप्रयोग पर इस प्रभाव के कारण क्रिस्टल प्रति सेकंड 32768 बार आवृत्ति के साथ दोलन करने लगता है। सर्किट में मौजूद माइक्रोचिप इन दोलनों को गिनता है और प्रति सेकंड एक नियमित पल्स उत्पन्न करता है जो घड़ी के दूसरे हाथों को घूमता है।

घड़ियों में प्रयुक्त पाइजो प्रभाव

Piezoelectric सामग्री का उपयोग

अपने अनोखेपन के कारण विशेषताओं, पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री विभिन्न तकनीकी आविष्कारों में महत्वपूर्ण भूमिका हासिल की है।

डायरेक्ट पीजो इफेक्ट का उपयोग

• • जापान के ट्रेन स्टेशन में 'की अवधारणा भीड़ खेत 'परीक्षण किया गया था, जहां सड़क पर एम्बेडेड पाईज़ोइलेक्ट्रिक टाइलों पर पैदल चलने वालों के कदम बिजली पैदा कर सकते हैं।

• • 2008 में लंदन के एक नाइट क्लब में पीजोइलेक्ट्रिक मटीरियल से बना पहला इको-फ्रेंडली फ्लोर बनाया गया, जो लोगों को डांस करने पर लाइट बल्ब को बिजली देने के लिए बिजली पैदा कर सकता है।

• • Piezoelectric प्रभाव यांत्रिक आवृत्ति फिल्टर के रूप में उपयोगी अनुप्रयोग पाता है, सतह ध्वनिक लहर उपकरणों , थोक ध्वनिक तरंग उपकरणों, आदि ...

• • ध्वनि और अल्ट्रासाउंड माइक्रोफोन और स्पीकर, अल्ट्रासोनिक इमेजिंग , हैडफ़ोन।

• • गिटार के लिए पीजोइलेक्ट्रिक पिकअप, biosensors पेसमेकर को शक्ति देने के लिए।
  • पीज़ोइलेक्ट्रिक तत्वों का उपयोग सोनार तरंगों, एकल-अक्ष और दोहरे अक्ष का पता लगाने और उत्पन्न करने में किया जाता है झुकाव संवेदन ।

रोडवेज से पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव

पियोजोइलेक्ट्रिक प्रभाव का उपयोग

• एक्चुएटर तथा मोटर्स
• माइक्रोस्कोप के लिए लेंस में माइक्रो-सटीक प्लेसमेंट और माइक्रो-सटीक समायोजन।
• प्रिंटर में सुई चालक, छोटा-मोटा मोटर, द्विधा गतिवाला एक्ट्यूएटर।
• प्रकाशिकी में ठीक स्थिति के लिए बहुस्तरीय एक्ट्यूएटर्स
• मोटर वाहन ईंधन वाल्व आदि में इंजेक्शन प्रणाली…

  

  Piezo इलेक्ट्रिक प्रभाव कैमरा में माइक्रो समायोजन के रूप में

बिजली और यांत्रिक क्षेत्रों युग्मन द्वारा:

• • सामग्री की परमाणु संरचना की जांच के लिए।
  • संरचनात्मक अखंडता की निगरानी करने और नागरिक, औद्योगिक और एयरोस्पेस संरचनाओं में शुरुआती चरणों में दोषों का पता लगाने के लिए।

पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री के लाभ और सीमाएं

पीज़ोइलेक्ट्रिक सामग्रियों के फायदे और सीमाओं में निम्नलिखित शामिल हैं।

लाभ

• • Piezoelectric सामग्री किसी भी तापमान की स्थिति में काम कर सकती है।

• • उनके पास कम है कार्बन पदचिह्न उन्हें जीवाश्म ईंधन के लिए सबसे अच्छा विकल्प बनाना।

• • इन सामग्रियों के लक्षण उन्हें सर्वश्रेष्ठ ऊर्जा हार्वेस्टर बनाते हैं।

• • हरित ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए कंपन के रूप में खोई हुई अप्रयुक्त ऊर्जा को टैप किया जा सकता है।
  • इन सामग्रियों का पुन: उपयोग किया जा सकता है।

सीमाओं

• • कंपन के साथ काम करते समय इन उपकरणों को अवांछित कंपन भी लेने की संभावना होती है।

• • जब फुटपाथ और सड़कों से ऊर्जा का उपयोग किया जाता है, तो प्रतिरोध और स्थायित्व उपकरणों पर लागू होता है।

• • पीज़ोइलेक्ट्रिक सामग्री और फुटपाथ सामग्री की कठोरता के बीच बेमेल।
  • इन उपकरणों के कम ज्ञात विवरण और अब तक किए गए शोध की मात्रा इन उपकरणों के पूर्ण उपयोग का फायदा उठाने के लिए पर्याप्त नहीं है।

जैसा कि कहा जा रहा है कि 'आवश्यकता अविष्कार की जननी है' एक ऊधम मुक्त के लिए हमारी आवश्यकता, कम कार्बन पदचिह्न ऊर्जा संचयन उपकरण लाया गया है पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री फिर से सुर्खियों में। ये सामग्रियां अपनी सीमाओं को कैसे पार कर सकती हैं? क्या हम एक ऐसे भविष्य की ओर बढ़ रहे हैं, जहां यात्रा करने के लिए इस्तेमाल किए जाने वाले ईंधन की मात्रा के बारे में चिंता करने के बजाय, हम केवल अपनी कार से उत्पन्न होने वाली बिजली की मात्रा के बारे में सोचेंगे? तुम क्या सोचते हो? यहाँ आपके लिए एक सवाल है, सबसे अच्छा पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री क्या है?