معرفي پديدة پيزوالکتريک در COMSOL

يکي از ويژگي هاي غيرمعمولي که برخي از سراميک ها از خود بروز مي دهند، پديدة پيزوالکتريک يا اثر فشاربرقي است. با اعمال نيروي خارجي، دوقطبي هاي اين سراميک ها تحريک مي شوند و ميدان الکتريکي ايجاد مي شود. در واقع اثر پيزوالکتريک عبارت است از توانايي برخي مواد براي تبديل انرژي مکانيکي به انرژي الکتريکي و برعکس. اين اثر را برادران پي ير و ژاک کوري، در دهة ۱۸۸۰ م کشف کردند. موادي که اين پديده را از خود نشان مي دهند مواد پيزوالکتريک ناميده مي شوند. در واقع در پديدة پيزوالکتريک بار الکتريکي درون يک ماده در اثر اعمال فشار از آن ماده جدا مي شود. اين جدايي بار به طور مؤثر يک ميدان الکتريکي داخل ماده ايجاد مي کند.

اثر پيزوالکتريک مستقيم و معکوس در کامسول

وقتي مادة پيزوالکتريکي تحت تأثير نيروي مکانيکي به صورت فشاري يا کششي قرار گيرد، مقداري بار الکتريکي در سطح آن ظاهر مي شود. اين بار الکتريکي که در اثر نامتقارن بودن سلول يک واحد کريستال وجود دارد، به توليد ميدان الکتريکي و پتانسيل الکتريکي منجر مي شود. به اين اثر پيزوالکتريک مستقيم گويند. حال اگر درپي اعمال ميدان الکتريکي تغييرات مکانيکي در ساختار سراميک رخ دهد، اين پديده را اثر پيزوالکتريک معکوس گويند. هر دو اثر فوق کاربردهاي متفاوت و فراوان دارند.

مواد پيزوالکتريک در کامسول

در بيشتر مولدهاي پيزوالکتريک که ساخته و تست شده اند از برخي انواع تيتانات زيرکونات سرب استفاده شده است. به طور معمول، زيرکونات هاي سرب به دليل دارابودن ضريب پيزوالکتريک و ثابت دي الکتريک بزرگ مورد استفاده واقع مي شود. اين خواص براي يک شتاب ورودي مشخص، امکان توليد قدرت بيش تري را فراهم مي کند. مادة ديگر، که البته کمتر به کار مي رود،نيتريد آلومينيوم است که داراي ضريب پيزوالکتريک و ثابت دي الکتريک کوچکتري است. نيتريد آلومينيوم با فرايندهاي استاندارد که براي ساخت مدارهاي مجتمع به کار مي رود CMOS سازگاري دارد.

کاربردهاي پيزوالکتريک در کامسول

با کشف مواد جديد که خاصيت پيزوالکتريک را در شرايط متفاوت توليد مي کنند، عرصة کاربردهاي پيزوالکتريک روبه پيشرفت است. برخي از کاربردهاي اين پديده عبارت اند از: مبدل انرژي ارتعاشي به انرژي الکتريکي، مبدل انرژي صوتي به انرژي الکتريکي و برعکس در ديسک هاي صوتي، گرامافون هاي قديمي، ميکروفن، بلندگو، زنگ اخبار و جز اين ها. کنترل امواج الکتراسونيک در دريافت و انتقال امواج الکتراسونيک، توليد ولتاژ و جرقه با ولتاژ بالا، بيوحسگرهاي پزشکي، ميکروروبات هاي ريز و موتورهاي در مقياس کوچک و استفاده از نانوذرات پيزوالکتريک (نانوذرات سراميک هاي خاص) در ايجاد خواص الکتريکي يک سطح. در سال هاي اخير کاربرد مواد پيزوالکتريک
بيشتر تحت سه عنوان حسگر، مبدل و محرک شناخته شده است که در ادامه بررسي مي شوند .

حسگرهاي پيزوالکتريک در کامسول

يک حسگر پيزوالکتريک مي تواند با استفاده از اثر پيزوالکتريک مستقيم، اطلاعات را از محدودة مکانيکي به يک سيگنال الکتريکي قابل پردازش تبديل کند. سيگنال الکتريکي توليدشده پس از اعمال اولية نيرو، به سرعت کاهش مي يابد. بنابراين اين حسگرها براي اندازه گيري نيروهايي که در مدت زمان کوتاهي اعمال مي شوند، بسيار مناسب اند، اما براي اندازه گيري نيروهاي استاتيکي مناسب نيستند.

مبدل هاي پيزوالکتريک

مبدل پيزوالکتريک وسيله اي است که يک نوع انرژي را به نوع ديگر تبديل مي کند. مبدل هاي پيزوالکتريک در تست هاي غير مخرب و در بسياري از کاربرد ها که نياز به اندازه گيري دقيق در حرکت يا نيرو دارند، استفاده مي شود. در اين کاربرد ها اثر پيزوالکتريک به صورت معکوس عمل مي کند. در اين حالت ولتاژي به ماده ي پيزوالکتريک اعمال مي شود که باعث تغيير شکل در مادة پيزوالکتريک مي شود. اين تغيير شکل که مي تواند به صورت کشش يا فشار باشد، با ولتاژ اعمال شده متناسب است.

محرک هاي پيزوالکتريک

اعمال ولتاژ الکتريکي به جسم پيزوالکتريک سبب تغيير شکل در اين جسم مي شود و ميزان اين تغيير شکل به ولتاژ اعمالي و جهت آن بستگي دارد. هنگامي که از اين خاصيت براي ايجاد تغيير شکل در مادة پيزوالکتريک استفاده شود، سيستم به عنوان محرک شناخته مي شود. در واقع محرک هاي پيزوالکتريک شکلي از يک سيستم الکترومکانيک ميکروکنترلي هستند که ميدان الکتريکي اعمال شده به آنها مي تواند به حرکت هايي در ابعاد ميکرومتر يا نانومتر تبديل شود.

جهت یادگیری کامل نرم افزار کامسول آموزش های رایگان ما را در سایت حامی پروژه دنبال نمایید. و در صورت مشکل در انجام پروژه های comsol خود با متخصصین حامی پروژه در تماس باشید. برای ارتباط با تیم تخصصی کامسول حامی پروژه با شماره 09934702599 تماس حاصل نمایید.