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la piézo-électricité (à partir de grec πιέζειν, presse, pression) est la propriété de certains matériaux cristalline de polariser la génération d'un différence de potentiel lorsqu'il est soumis à une déformation mécanique (directe effet piézoélectrique)[1] et en même temps déformer de manière élastique quand ils sont traversés par un courant (effet piézoélectrique inverse ou effet Lippmann).[1]

Cet effet piézo-électrique se manifeste uniquement le long d'une direction donnée et les déformations qui lui sont associées sont de l'ordre de nanomètre.

histoire

La découverte de la piézo-électrique à partir de 1880 à travers le travail de Pierre Curie et Paul-Jacques Curie qui a découvert l'effet piézoélectrique direct quartz et par la suite, suivant l'hypothèse de Gabriel Lippmann, Ils ont découvert l'effet piézoélectrique inverse.

la structure cristalline

piézo-électricité
Structure cristalline d'un matériau piézo-électrique (titanate zirconate de plomb).

Du point de vue de la la structure cristalline, les matériaux piézoélectriques ont normalement plusieurs configurations géométriques équivalentes du point de vue énergétique, à savoir la stabilité du système, mais orienté différemment. Par exemple, la titanate de baryum (Batio3) A une cellule en forme de losange qui peut s'étendre le long de l'un des trois axes principaux. Pour d'acquérir des propriétés piézo-électriques, le matériau est chauffé et immergé dans un champ électrique alors faites-le polariser et laisser refroidir. A la fin du procédé, le matériau est déformé toutes les cellules dans le même sens.

Principe de fonctionnement

piézo-électricité
Un disque piézo-électrique génère une différence de potentiel lorsque déformé (le changement volumétrique est volontairement exagérée dans cette représentation)

L'effet piézo-électrique est présente dans la quasi-totalité des matériaux cristallins qui sont dépourvus de centre de symétrie.[1] Les cristaux de cette structure est composée de microscopique dipôles électriques. dans des conditions calme, ces dipôles électriques sont agencés de telle sorte que les faces du cristal ont toutes le même potentiel électrique.[1] Lorsqu'une force extérieure est appliquée, la compression du cristal, la structure cristalline se déforme et perd la condition de neutralité électrique du matériau, pour laquelle une face de cristal est bureau négativement et la face opposée est chargée positivement. Dans le cas où le cristal est soumis à la traction, le signe de la charge électrique de ces visages est inversée.[1]

Le cristal est donc se comporte comme un condenseur à laquelle il a été appliqué une différence de potentiel. Donc, si les deux faces sont reliées par un circuit extérieur est généré courant électrique, que piézo-électrique en cours.

Au contraire, lors de l'application d'une différence de potentiel au cristal, il dilate ou se contracte le long d'un axe déterminé provoquant également une vibration violente. L'expansion volumétrique est facilement carrossables et est strictement dépendante de la stimulation électrique.

applications

icône Loupe mgx2.svg Le même sujet en détail: transducteur piézo-électrique.

effet piézoélectrique direct

La particularité de produire une différence de potentiel due à la compression a plusieurs applications industrielles. Les préoccupations les plus courantes accendigas cuisine normale, où un cristal manuellement soumis à une pression au moyen d'un bouton fait un accident vasculaire cérébral étincelle pas besoin batteries d'alimentation. La cuisine piézoélectrique invention-léger (Flint) remonte à 1968 à travailler d'un ingénieux Frioul, Lisio Plozner,[citation nécessaire] fondateur de BPT.

matériaux piézo-électriques sont également utilisés dans la construction de des éléments élastiques, organes fondamentaux de certains instruments de mesure des vibrations mécaniques, ledit instruments sismiques. Les vibrations mécaniques produisent le déplacement, la vitesse et l'accélération d'un autre dispositif massif, lesdits masse sismique. la masse sismique Il est relié de manière rigide à l'élément élastique. Un outil largement utilisé de ce type est le 'l'accéléromètre piézoélectrique à quartz: Il est essentiellement un transducteur qui donne grandeur en tant que sortie une tension électrique proportionnelle à la déformation subie par l'élément élastique, à son tour proportionnel à l'accélération à partir de masse sismique.

piézo-électricité
Pick-up Piezoelectric appliqué à une guitare classique.

Une application similaire espace situé dans le champ musical, où ils utilisent les soi-disant pick-up dispositifs piézo-électriques capables de détecter des variations de la pression exercée par une corde vibrante d'un instrument de musique générant un signal électrique qui est ensuite amplifié.

Matériaux ayant des propriétés piézo-électriques sont également utilisés dans certains détecteurs pression et de réaliser oscillateurs à quartz, Cependant, la relation entre la compression et la tension est généralement très variable et nécessite une étalonnage pour chaque appareil.

D'autres instruments dans lesquels sont utilisés des matériaux piézo-électriques sont les horloges; une fois de plus le matériau le plus largement utilisé est du quartz sont très courantes pour les montres à quartz piézo-électriques, des instruments, dans lequel la compression périodique du matériau détermine une variation périodique de la tension égale. la période ou fréquence du signal de sortie traité de manière appropriée est utilisé comme unité de base pour compter le temps; le signal électrique, à vrai dire, est envoyé à une succession desdits circuits diviseurs de fréquence, de manière à être en mesure de choisir un signal de tension à la fréquence désirée. En fait, le signal à la sortie du système de plaque de quartz présente une fréquence élevée, normalement pour les horloges est égal à 32768 cycles par seconde, ce qui est réduite par l'utilisation en série de plusieurs circuits diviseurs de fréquence. Le signal électrique dont la fréquence a été réduite est ensuite envoyée à un compteur électronique, à travers laquelle il est possible de mesurer l'intervalle de temps entre deux événements (chronomètre, période de mesure), ou utilisé pour générer un intervalle de temps prédéterminé pendant un autre compteur qui va compter les événements (fréquence, comptage des événements). Dans les deux applications décrites sont fournis des signaux externes: dans le premier cas, le démarrage et l'arrêt de la mesure, dans le second cas, les impulsions à compter qui peut être obtenue soit par un signal électrique dont on veut mesurer la fréquence, à la fois capteurs avec lequel compter les événements. Par exemple capteurs de comptage, compte ou contaveicoli.

D'autres instruments dans lesquels l'effet piézo-électrique est exploitée sont les microphones, le plus connu de ce qui est le quartz du microphone, dont le fonctionnement est basé sur la détection des ondes sonores qui sont déterminés par une succession de zones de compression et de raréfaction du milieu dans lequel propager; ces ondes de pression, captées par le microphone, déterminer une variation de proportionnel potentiel à la variation de la capacité (dans les effets de la plaque de quartz se comporte comme un condensateur, étant un isolant qui sépare des charges électriques localisées dans les zones proches des surfaces opposées). Cette variation de tension est ensuite filtré et amplifié par une chaîne de mesure; éventuellement sur la ainsi purifié un échantillon de signal est effectué pour passer du domaine analogique vers le numérique. Cette application se trouve dans les microphones téléphones.

effet piézoélectrique inverse

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cristal piézoélectrique utilisé pour la génération de sons.

D'une manière opposée à celle des microphones, des matériaux piézo-électriques sont utilisés en tant que haut-parleur. en plus radio « cristal » il y avait souvent des écouteurs piézo-électriques qui fonctionnent dans le sens inverse en générant des ondes sonores en fonction de la différence de potentiel appliquée.

Un autre matériau piézoélectrique typique est galène, utilisé en tant que détecteur dans Radio cristal, qui a travaillé sans besoin de piles ou générateurs de force électromotrice. Les cristaux de galène ont ensuite été remplacés par des diodes germanium.

L'effet piézo-électrique est également utilisé pour actionner le mouvement des outils d'usinage à ultrasons et, plus récemment, dans le injecteurs directs moteurs à combustion interne et des têtes de imprimantes dans lequel de nombreuses petites buses de pulvérisation alignées l'encre comprimé par la poussée de la pompe piézoélectrique.

applications médicales

  • Les sondes échographiques: Cristaux piézo-électriques sont utilisés en tant que capteurs et actionneurs dans une phase combinée. En fait, les sondes à ultrasons fonctionnent comme petit sonar produisant des ultrasons, puis le recevoir après le rebond avec un retard en fonction de la distance parcourue. L'écho ou le signal de retour, est ensuite transformé en images.
  • lithotripteurs: La vibration simultanée de centaines d'articles piézocéramique disposé sur une surface concave ou sur des couches concentriques, on génère une onde de choc de puissance dépendante de la courbure de la surface et le nombre d'éléments utilisés.

Merci à l'extrême modularité impulsion pouvant être obtenu, certains lithotripteurs piézo-électriques peut aussi faire varier la taille focal permettant de sélectionner des volumes plus efficaces adaptés à la pathologie à traiter. Mise en place de la couche piézoélectrique concentrique sont atteints densité d'énergie de plus de 1,6 mJ / mm2 et des valeurs beaucoup plus élevées dans les lithotriteurs piézo-électriques dédiés à l'urologie. La nouvelle génération de cristaux d'assurer la longévité du générateur qui dépasse normalement 6.000.000 coups sans pouvoir diminuer ou nécessitent l'utilisation d'une matière consommable.

La polyvalence de la distribution des cristaux a également permis d'obtenir des volumes focaux non seulement de différentes tailles, mais même avec des morphologies dédiés:

  • Afin de concentrer le volume ellipsoïdale (traitement ESWT - LEC - TPST)
  • Waves volume linéaire concentré (ESWT - traitements de médecine esthétique)
  • Onde de concentré / plan (traitements de ESWT - ulcères de la peau).
  • Piézo-électriques (Piezosurgery): il est une application récente dans le domaine médical qui permet l'utilisation d'ondes ultrasonores générées par un dispositif piézo-électrique pour la chirurgie osseuse. Des inserts spéciaux permettent de disséquer ou couper le tissu osseux en préservant au maximum les tissus mous dont certaines parties nobles sont constituées comme les nerfs, des artères ou des membranes. Cette technologie se répand dans l'industrie dentaire avec la possibilité d'intervenir dans les zones sensibles à la chirurgie mini-invasive, en particulier en implantologie.

notes

Articles connexes

  • Pyroélectricité
  • transducteur piézo-électrique
  • titanate de plomb zirconate
  • Structure intelligente

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liens externes