Efek piezoelektrik (efek piezoelektrik) diamati pada kristal beberapa zat yang memiliki simetri tertentu. Mineral piezoelektrik yang paling umum di alam termasuk kuarsa, turmalin, sphalerit, dan nepheline. Beberapa dielektrik polikristalin dengan struktur teratur (bahan keramik dan polimer) memiliki efek piezoelektrik. Dielektrik yang mempunyai efek piezoelektrik disebutpiezoelektrik.
Beras. 1
Gaya mekanik eksternal, yang bekerja dalam arah tertentu pada kristal piezoelektrik, tidak hanya menyebabkan deformasi mekanis di dalamnya (seperti pada benda padat lainnya), tetapi juga polarisasi listrik, yaitu munculnya muatan listrik dengan tanda berbeda pada permukaannya (Gbr. 1a, F- gaya kerja, P - vektor polarisasi listrik). Ketika gaya mekanik berlawanan arah, tanda-tanda muatan berubah(Gbr. 1b). Fenomena ini disebutefek piezoelektrik langsung(Gbr. 2a).
Beras. 2
Tetapi efek piezoelektrik bersifat reversibel. Ketika piezoelektrik terkena medan listrik dalam arah yang sesuai, terjadi deformasi mekanis di dalamnya (Gbr. 1c).Ketika arah medan listrik berubah, deformasi juga berubah(Gbr. 1d). Fenomena ini disebutmembalikkan efek piezoelektrik(Gbr. 2b) .
Efek piezoelektrikdijelaskan sebagai berikut. Dalam kisi kristal, karena ketidaksesuaian pusat ion positif dan negatif, terdapat muatan listrik volumetrik. Dengan tidak adanya medan listrik eksternal, polarisasi ini tidak muncul, karena dikompensasi oleh muatan di permukaan. Ketika kristal mengalami deformasi, ion-ion positif dan negatif dari kisi-kisi tersebut saling berpindah relatif satu sama lain, dan momen listrik kristal pun berubah, yang menyebabkan munculnya potensial pada permukaan. Perubahan torsi listrik inilah yang memanifestasikan dirinya dalam efek piezoelektrik. Efek piezoelektrik tidak hanya bergantung pada besarnya dampak mekanis atau listrik, tetapi juga pada sifat dan arah gaya relatif terhadap sumbu kristalografi kristal.
Deformasi piezoelektrik akibat efek piezoelektrik tidak signifikan nilai absolutnya. Misalnya, pelat kuarsa setebal 1 mm di bawah pengaruh tegangan 100 V mengubah ketebalannya hanya sebesar 0,23 mikron. Tidak pentingnya deformasi piezoelektrik disebabkan oleh kekakuannya yang sangat tinggi.
Efek piezoelektrik langsung dan terbalik bersifat linier dan dijelaskan oleh ketergantungan linier yang menghubungkan polarisasi listrik P dengan tekanan mekanis g:
=αg (1).
Ketergantungan ini disebut persamaan efek piezoelektrik langsung. Koefisien proporsionalitas α disebut modul piezoelektrik (piezoelectric module). Ini berfungsi sebagai ukuran efek piezoelektrik. Efek piezoelektrik terbalik dijelaskan oleh ketergantungan
r=αE(2),
dimana r adalah deformasi;
E adalah kuat medan listrik.
Beras. 3
Modulus piezoelektrik α untuk efek langsung dan balik memiliki nilai yang sama. Pemancar piezoelektrik tidak memiliki kontak mekanis dan terdiri dari elemen keramik yang dipasang pada cakram logam (Gbr. 3).Getaran pada disk disebabkan oleh tegangan yang diberikan padanya. Tegangan bolak-balik dengan frekuensi tertentu menghasilkan sinyal suara. Pemancar piezoelektrik tidak mengalami keausan mekanis pada elemen struktural, memiliki konsumsi energi yang rendah, dan tidak menimbulkan kebisingan listrik. Dengan bantuan piezoceramics, volume suara yang signifikan dapat diperoleh. Beberapa sampel transduser piezoceramic dapat menghasilkan tekanan suara pada jarak 1 m hingga 130 dB (tingkat ambang nyeri)
Beras. 4
Pemancar piezoelektrik tersedia dalam dua modifikasi:
- konverter "murni" (tanpa sirkuit kontrol) - bel piezo;
- emitor dengan sirkuit kontrol (dengan generator bawaan) - sirene.
Agar konverter jenis pertama dapat menghasilkan suara, diperlukan sinyal kontrol yang dihasilkan (gelombang sinus atau gelombang persegi dengan frekuensi tertentu yang ditentukan untuk model konverter tertentu). Emitter dengan generator internal hanya memerlukan level tegangan tertentu. Perangkat tersebut tersedia untuk tegangan pengenal dari 1 hingga 250 V (DC dan AC).
Misalnya bel piezoceramic (piezo buzzer) ZP-1 (Gbr. 4)terdiri dari dua buah blok piezoelektrik yang masing-masing membrannya dibuat berbentuk pelat dangkal dengan diameter luar 32 mm. Pelat ditumpuk berlawanan arah dan disolder di sepanjang batas luar. Elemen piezo dalam bel dihubungkan sedemikian rupa sehingga ketika tegangan bolak-balik diterapkan, permukaan pelat akan menyatu atau menyimpang, mis. zona kompresi dan penghalusan terbentuk di kedua sisi bel. Frekuensi resonansi bel adalah 2 kHz.
Beras. 5
Ini menghasilkan tekanan suara 75 dB pada jarak 1 m pada tegangan pada frekuensi resonansi 10 V. Lonceng ini memancarkan gelombang suara secara merata ke kedua setengah ruang. Pada Tabel 1parameter pemancar piezo lainnya diberikan, tampilannya ditunjukkan pada Gambar 5. Pada Gambar.6 karakteristik frekuensi amplitudo elemen piezo disajikan: PVA-1- Gambar.6a dan ZP-5 - Gambar.6b.
Tabel 1 Karakteristik pemancar piezo
|
Jenis |
Suara tekanan, DB |
Bekerja tegangan, |
Resonan frekuensi, kHz |
Dimensi, mm |
|
|
Diameter |
Tinggi |
||||
|
ZP-1 |
1...3 |
||||
|
ZP-3 |
4,1 ±0,05 |
42,7 |
|||
|
ZP-4 |
4,1±0,05 |
||||
|
ZP-5 |
1...3 |
||||
|
ZP-6 |
4,1±0,05 |
||||
|
ZP-18 |
4,1 ±0,05 |
||||
|
ZP-19 |
|||||
|
ZP-22* |
1 ...3,5 |
||||
|
ZP-25 |
4,1 ±0,05 |
||||
|
ZP-31 |
|||||
|
PVA-1 |
|||||
|
PPA-1 |
|||||
Catatan: * - dirancang untuk beroperasi dalam mode berosilasi sendiri.
Beras. 6, karakteristik frekuensi amplitudo elemen piezo
A.Kashkarov
Isi:
Efek piezoelektrik
Piezoelektrik - kristal tunggal
Kuarsa
turmalin
garam Rochelle
Amonium dihidrogen fosfat
Kalium tartrat
litium niobat
Piezoelektrik polikristalin
Tekstur piezoelektrik
Keramik piezoelektrik
Fitur teknologi pembuatan elemen piezo keramik
Bahan piezoceramic industri dan piezoelektrik - polimer
Bahan berbasis barium titanat
Bahan berdasarkan larutan padat titanat - timbal zirkonat
Bahan berbahan dasar methaniobate timbal
Piezoelektrik - polimer
Efek piezoelektrik
Pada tahun 1756, akademisi Rusia F. Epinus menemukan bahwa ketika kristal turmalin dipanaskan, muatan listrik muncul di permukaannya. Fenomena ini kemudian diberi nama efek piroelektrik. F. Epinus berasumsi bahwa penyebab fenomena kelistrikan yang diamati ketika suhu berubah adalah pemanasan yang tidak merata pada dua permukaan, yang menyebabkan munculnya tekanan mekanis pada kristal. Pada saat yang sama, ia menunjukkan bahwa keteguhan distribusi kutub pada ujung tertentu kristal bergantung pada struktur dan komposisinya, sehingga F. Epinus hampir menemukan efek piezoelektrik.
Efek piezoelektrik dalam kristal ditemukan pada tahun 1880 oleh saudara P. dan J. Curie, yang mengamati munculnya muatan elektrostatik pada permukaan pelat yang dipotong pada orientasi tertentu dari kristal kuarsa di bawah pengaruh tekanan mekanis. Muatan ini sebanding dengan tekanan mekanis, berubah tanda dan menghilang ketika dihilangkan.
Terbentuknya muatan elektrostatis pada permukaan dielektrik dan terjadinya polarisasi listrik di dalamnya akibat paparan tekanan mekanis disebut efek piezoelektrik langsung.
Selain efek langsung, terdapat efek piezoelektrik terbalik, yang terdiri dari fakta bahwa deformasi mekanis terjadi pada pelat yang dipotong dari kristal piezoelektrik di bawah pengaruh medan listrik yang diterapkan padanya; Selain itu, besarnya deformasi mekanis sebanding dengan kuat medan listrik.
Efek piezoelektrik terbalik tidak sama dengan fenomena elektrostriksi, yaitu deformasi dielektrik di bawah pengaruh medan listrik. Dengan elektrostriksi, terdapat hubungan kuadrat antara deformasi dan medan, dan dengan efek piezoelektrik, terdapat hubungan linier. Selain itu, elektrostriksi terjadi pada dielektrik struktur apa pun dan terjadi bahkan dalam cairan dan gas, sedangkan efek piezoelektrik hanya diamati pada dielektrik padat, terutama kristal.
Piezoelektrik hanya muncul dalam kasus di mana deformasi elastis kristal disertai dengan perpindahan pusat gravitasi muatan positif dan negatif sel elementer kristal, yaitu ketika menyebabkan momen dipol individu, yang diperlukan untuk terjadinya polarisasi listrik dielektrik di bawah pengaruh tekanan mekanis. Dalam struktur yang memiliki pusat simetri, tidak ada deformasi seragam yang dapat mengganggu keseimbangan internal kisi kristal dan, oleh karena itu, hanya 20 kelas kristal yang tidak memiliki pusat simetri yang bersifat piezoelektrik. Tidak adanya pusat simetri merupakan kondisi yang diperlukan tetapi tidak cukup untuk adanya efek piezoelektrik, dan oleh karena itu tidak semua kristal asentris memilikinya.
Efek piezoelektrik tidak dapat diamati pada dielektrik amorf dan kriptokristalin padat (hampir isotropik), karena hal ini bertentangan dengan simetri bolanya. Pengecualian adalah ketika mereka menjadi anisotropik di bawah pengaruh kekuatan eksternal dan dengan demikian memperoleh sebagian sifat kristal tunggal. Efek piezoelektrik juga dimungkinkan pada beberapa jenis tekstur kristal.
Hingga saat ini, efek piezoelektrik belum menemukan gambaran kuantitatif yang memuaskan dalam kerangka teori atom modern tentang kisi kristal. Bahkan untuk struktur dengan tipe yang paling sederhana pun tidak mungkin untuk menghitung secara kasar orde konstanta piezoelektrik.
Saat ini, teori fenomenologi efek piezoelektrik telah dikembangkan, menghubungkan deformasi dan tekanan mekanis dengan medan listrik dan polarisasi dalam kristal. Sebuah sistem parameter telah ditetapkan yang menentukan efektivitas kristal sebagai piezoelektrik. Modul piezoelektrik (piezomodulus) d menentukan polarisasi kristal (atau kepadatan muatan) pada tekanan mekanis tertentu; konstanta piezoelektrik menentukan gaya mekanik yang timbul pada kristal terjepit di bawah pengaruh medan listrik; konstanta piezoelektrik g mencirikan tegangan listrik dalam rangkaian terbuka pada tekanan mekanis tertentu; dan terakhir, konstanta piezoelektrik h menentukan tegangan listrik dalam rangkaian terbuka untuk deformasi mekanis tertentu. Konstanta ini merupakan besaran yang berkaitan dan dihubungkan satu sama lain melalui hubungan yang mencakup konstanta elastis dan konstanta dielektrik kristal, sehingga salah satu dari konstanta tersebut dapat digunakan. Modul piezoelektrik yang paling umum digunakan adalah d. Konstanta piezoelektrik adalah tensor, dan oleh karena itu setiap kristal dapat memiliki beberapa modul piezoelektrik independen.
Secara umum, persamaan efek piezoelektrik langsung di bawah pengaruh tegangan mekanik seragam Tr ditulis sebagai berikut:
Dimana Pi adalah komponen vektor polarisasi; dir - modul piezo; Tr adalah komponen tegangan mekanis.
Persamaan efek piezoelektrik terbalik ditulis sebagai berikut:
Dimana Xi adalah komponen deformasi elastis; Er adalah komponen kuat medan listrik.
Setiap piezoelektrik merupakan transduser elektromekanis, sehingga karakteristik pentingnya adalah koefisien kopling elektromekanis r. Kuadrat dari koefisien ini mewakili rasio energi yang diwujudkan dalam bentuk mekanis untuk jenis deformasi tertentu terhadap total energi listrik yang diterima pada masukan dari sumber listrik.
Dalam banyak kasus, piezoelektrik sangat penting karena sifat elastisnya, yang dijelaskan oleh modulus elastis C (Moduli Muda Eyu) atau besaran kebalikannya - konstanta elastis S.
Saat menggunakan elemen piezoelektrik sebagai resonator, dalam beberapa kasus, koefisien frekuensi diperkenalkan, yang merupakan produk dari frekuensi resonansi elemen piezoelektrik dan ukuran geometris yang menentukan jenis getaran. Nilai ini sebanding dengan cepat rambat bunyi pada arah rambat gelombang elastik pada elemen piezoelektrik.
Saat ini, banyak zat yang diketahui (lebih dari 500) yang telah menunjukkan aktivitas piezoelektrik. Namun, hanya sedikit dari mereka yang dapat diterapkan secara praktis.
Piezoelektrik - kristal tunggal
Kuarsa. Kuarsa adalah mineral yang tersebar luas di alam; di bawah suhu 573 Celcius, ia mengkristal dalam kelas trigonal-trapezohedral dari sistem heksagonal. Itu milik kelas enantiomorfik dan ditemukan di alam dalam dua modifikasi: kanan dan kiri.
Komposisi kimia kuarsa adalah silikon dioksida anhidrat (SiO2) dengan berat molekul 60,06.
Kuarsa merupakan salah satu mineral yang paling keras dan memiliki ketahanan kimia yang tinggi.
Bentuk luar kristal kuarsa alami sangat beragam. Bentuk yang paling umum adalah kombinasi prisma heksagonal dan rhombohedron (wajah piramida). Permukaan prisma melebar ke arah dasar kristal dan mempunyai bayangan horizontal pada permukaannya.
Kuarsa yang cocok untuk digunakan dalam peralatan piezoelektrik ditemukan di alam dalam bentuk kristal, pecahannya, dan kerikil bulat. Warnanya berkisar dari tidak berwarna-transparan (kristal batu) hingga hitam (morion).
Biasanya, kristal kuarsa alami mengandung berbagai cacat yang mengurangi nilainya. Cacatnya meliputi masuknya mineral asing (rutil klorit), retakan, gelembung, hantu, jarum biru, guratan, dan kembaran.
Saat ini, bersama dengan kristal alami, kristal kuarsa sintetis digunakan, ditanam dalam autoklaf pada suhu dan tekanan tinggi dari larutan alkali jenuh dengan silikon dioksida.
Sifat piezoelektrik kuarsa banyak digunakan dalam teknologi untuk menstabilkan dan menyaring frekuensi radio, menghasilkan getaran ultrasonik, dan mengukur besaran mekanik (piezometri).
turmalin. Turmalin mengkristal dalam kelas trigonal-piramida dari sistem trigonal. Kristalnya berbentuk prismatik dengan arsir memanjang, memanjang, seringkali berbentuk jarum.
Dilihat dari komposisi kimianya, turmalin merupakan aluminium borosilikat kompleks dengan pengotor magnesium, besi atau logam alkali (Na, Li, K).
Warnanya berkisar dari hitam hingga hijau, juga merah hingga tunggal, lebih jarang tidak berwarna. Ketika digosok, ia menjadi tersengat listrik dan memiliki efek piroelektrik yang kuat.
Turmalin tersebar luas di alam, tetapi dalam banyak kasus kristalnya penuh dengan retakan. Kristal bebas cacat yang cocok untuk resonator piezoelektrik jarang ditemukan.
Keunggulan utama turmalin adalah nilai koefisien parsialnya yang lebih tinggi dibandingkan kuarsa. Karena hal ini, dan juga karena kekuatan mekanik turmalin yang lebih besar, dimungkinkan untuk memproduksi resonator untuk frekuensi yang lebih tinggi.
Saat ini, turmalin jarang digunakan untuk pembuatan resonator piezoelektrik dan penggunaannya terbatas untuk mengukur tekanan hidrostatik.
garam roket. Garam Rochelle mengkristal dalam kelas rhombotetrahedral dari sistem belah ketupat. Milik kelas enantiomorfik menentukan kemungkinan teoritis keberadaan kristal garam Rochelle yang bertangan kanan dan kiri. Namun kristal garam Rochelle yang diperoleh dari limbah pembuatan anggur hanya berada di sisi kanan.
Untuk melindungi dari kelembapan, elemen piezo yang terbuat dari garam Rochelle dilapisi dengan lapisan tipis pernis.
Elemen piezoelektrik yang terbuat dari garam Rochelle banyak digunakan pada peralatan yang beroperasi dalam kisaran suhu yang relatif sempit, khususnya pada pickup suara. Namun, saat ini hampir seluruhnya digantikan oleh elemen piezo keramik.
Amonium dihidrogen fosfat. Amonium dihidrogen fosfat mengkristal dalam sistem tetragonal. Kristal tersebut merupakan kombinasi piramida tetragonal dan prisma.
Kristal dihidrogen fosfat tidak mengandung air mengkristal dan tidak mengalami dehidrasi. Pada kelembapan relatif 93%, kristal mulai menyerap kelembapan dan larut.
Amonium dihidrogen fosfat meleleh pada suhu 190 derajat Celcius, tetapi di atas 100 derajat amonia mulai menguap dari permukaan kristal. Ini membatasi batas atas suhu pengoperasian.
Saat ini, karena meluasnya perkembangan keramik piezoelektrik, penggunaan amonium dihidrogen fosfat menjadi terbatas.
Kalium tartrat. Kalium tartrat (simbol VK) mengkristal dalam sistem kristal tunggal.
Resonator yang terbuat dari VC memiliki faktor kualitas dan koefisien kopling elektromekanis yang tinggi. Mereka dapat menggantikan kuarsa dalam filter jarak jauh.
litium niobat. Litium niobate adalah kristal sintetik yang mengkristal dalam kelas ditrigonal-piramidal sistem rombohedral.
Lithium niobate tidak larut dalam air, tidak terurai pada suhu tinggi, dan memiliki kekuatan mekanik yang tinggi. Dilihat dari sifat kelistrikannya, merupakan feroelektrik dengan suhu Curie sekitar 1200 derajat Celcius.
Karena sifat piezoelektrik dan mekaniknya yang tinggi, termasuk faktor kualitas yang tinggi, litium niobate merupakan bahan yang menjanjikan untuk pembuatan konverter untuk berbagai keperluan. Film tipis litium niobate (tebal sekitar satu mikrometer), diperoleh dengan sputtering katoda dalam ruang hampa, berorientasi pada tekstur polikristalin yang dapat digunakan sebagai pemancar dan penerima getaran ultrasonik dalam rentang gelombang mikro.
Piezoelektrik polikristalin.
Tekstur piezoelektrik. Tekstur, yaitu sekumpulan kristal piezoelektrik yang berorientasi pada ruang tertentu dan tanpa pusat simetri, dapat mempunyai efek piezoelektrik. Efek piezoelektrik pada tekstur garam Rochelle ditemukan oleh A.V. Shubnikov; Ia juga menetapkan prinsip dasar efek piezoelektrik pada media serupa. Tekstur piezo garam Rochelle, diperoleh dengan mengoleskan garam Rochelle cair ke substrat menggunakan kuas, memiliki satu piezomodulus d14 garam Rochelle.
Saat ini, tekstur seperti itu tidak memiliki kepentingan praktis. Tekstur imebt dengan nilai tertinggi berdasarkan keramik piezoelektrik terpolarisasi.
Keramik piezoelektrik. Sifat feroelektrik bahan tersebut menentukan kemungkinan efek piezoelektrik. Di bawah pengaruh medan listrik konstan, beberapa domain berorientasi pada arah medan yang diterapkan. Setelah medan luar dihilangkan, sebagian besar domain dipertahankan pada posisi barunya karena medan dalam, yang muncul sebagai akibat dari orientasi paralel dari arah polarisasi domain. Berkat ini, tekstur keramik menjadi polar, yang memiliki efek piezoelektrik.
Teknologi keramik untuk pembuatan elemen piezo tidak memberikan batasan mendasar pada bentuk dan ukurannya. Keadaan ini, serta nilai karakteristik piezoelektrik yang tinggi, menyebabkan meluasnya penggunaan elemen piezo keramik dalam teknologi, terutama pada perangkat untuk memancarkan dan menerima getaran ultrasonik.
Fitur teknologi pembuatan elemen piezo keramik. Ciri khas dari proses pembuatan produk piezoceramic adalah polarisasinya oleh medan listrik konstan yang kuat, yang biasanya diterapkan setelah penerapan elektroda pada benda kerja sinter yang diperoleh dengan salah satu metode teknologi keramik.
Bahan piezoceramic industri dan polimer piezoceramic.
Bahan dengan sifat berbeda dibagi menjadi merek (berdasarkan komposisi dan karakteristik) dan kelompok fungsional (berdasarkan tujuan).
Bahan golongan fungsional 1 digunakan untuk pembuatan elemen piezoelektrik sangat sensitif yang beroperasi dalam mode menerima atau memancarkan getaran mekanis. Bahan golongan fungsional 2 ditujukan untuk elemen piezoelektrik yang beroperasi dalam kondisi medan listrik yang kuat atau tekanan mekanis yang tinggi. Bahan golongan fungsional 3 digunakan untuk pembuatan elemen piezo dengan peningkatan stabilitas frekuensi resonansi tergantung pada suhu dan waktu, dan bahan golongan fungsional 4 digunakan untuk elemen piezo suhu tinggi.
Sekarang mari kita perhatikan sifat-sifat berbagai jenis piezoceramics.
Bahan berdasarkan barium titanat. Barium titanat adalah feroelektrik. Piezoceramics barium titanate (TB-1) banyak digunakan untuk pembuatan konverter, yang tidak tunduk pada persyaratan ketat untuk karakteristik stabilitas suhu dan waktu. Tidak adanya komponen yang mudah menguap dalam formulasi barium titanat selama pembakaran dan kesederhanaan teknologi pembuatan elemen piezoelektrik membuat bahan ini masih banyak digunakan dalam teknologi.
Bahan berdasarkan larutan padat titanat - timbal zirkonat. Larutan padat timbal titanat mempunyai karakteristik piezoelektrik yang sangat tinggi. Berdasarkan solusi padat ini, serangkaian bahan piezoceramic teknologi dikembangkan, dengan nama sandi PZT (di luar negeri PZT).
Teknologi pembuatan produk dari bahan seperti PZT diperumit oleh fakta bahwa bahan tersebut mengandung timbal oksida, yang sebagian menguap selama pembakaran suhu tinggi, sehingga menyebabkan sifat reproduksibilitas yang buruk. Oleh karena itu, pembakaran blanko elemen piezoelektrik dilakukan dalam atmosfer uap timbal oksida, dimana blanko tersebut ditempatkan dalam kapsul tertutup rapat yang berisi timbunan senyawa timbal oksida. Namun, karakteristik tinggi dari bahan jenis ini membuatnya sangat umum untuk pembuatan transduser piezoelektrik untuk berbagai keperluan: untuk perangkat elektroakustik, teknologi ultrasonik, piezometri, serta beberapa jenis filter radio.
Bahan berdasarkan timbal methaniobate. Larutan padat dari timbal dan barium metaniobat memiliki titik Curie yang tinggi. Bahan berdasarkan bahan tersebut stabil dalam rentang suhu modul piezoelektrik dan frekuensi resonansi yang luas. Teknologi pembuatan produk dari bahan tersebut lebih sederhana dibandingkan dengan bahan merek PZT, karena oksida timbal yang termasuk dalam keramik niobate praktis tidak mudah menguap selama pembakaran.
Piezoelektrik adalah polimer. Beberapa bahan polimer dalam bentuk film berorientasi mekanis yang terpolarisasi dalam medan listrik memiliki tekstur polar di mana efek piezoelektrik diamati. Diantaranya, polivinilidena fluorida (PVDF) merupakan kepentingan praktis. Ketika film diambil dari polimer ini sebesar 300...400%, film tersebut diorientasikan untuk membentuk konformasi khusus, yang, setelah polarisasi dalam medan listrik yang kuat, memperoleh efek piezoelektrik.
Referensi:
Buku Pegangan Bahan Listrik Jilid 3
Pada tahun 1756, akademisi Rusia F. Epinus menemukan bahwa ketika kristal turmalin dipanaskan, muatan elektrostatis muncul di permukaannya. Selanjutnya fenomena atom tersebut diberi nama efek piroelektrik. F. Epinus berasumsi bahwa penyebab fenomena kelistrikan yang diamati ketika suhu berubah adalah pemanasan yang tidak merata pada dua permukaan, yang menyebabkan munculnya tekanan mekanis pada kristal. Pada saat yang sama, ia menunjukkan bahwa keteguhan distribusi kutub pada ujung tertentu kristal bergantung pada struktur dan komposisinya, sehingga F. Epinus hampir menemukan efek piezoelektrik.
Efek piezoelektrik dalam kristal ditemukan pada tahun 1880 oleh saudara P. dan J. Curie, yang mengamati munculnya muatan elektrostatis pada permukaan pelat yang dipotong dengan orientasi tertentu dari kristal kuarsa di bawah pengaruh tekanan mekanis. Muatan ini sebanding dengan tekanan mekanis, berubah tanda dan menghilang ketika dihilangkan. Terbentuknya muatan elektrostatis pada permukaan dielektrik dan terjadinya polarisasi listrik di dalamnya akibat paparan tekanan mekanis disebut efek piezoelektrik langsung.
Selain efek langsung, terdapat efek piezoelektrik terbalik, yang terdiri dari fakta bahwa deformasi mekanis terjadi pada pelat yang dipotong dari kristal piezoelektrik di bawah pengaruh medan listrik yang diterapkan padanya; dan besarnya deformasi mekanis sebanding dengan kuat medan listrik. Efek piezoelektrik terbalik tidak sama dengan fenomena elektrostriksi, yaitu deformasi dielektrik di bawah pengaruh medan listrik. Dengan elektrostriksi, terdapat hubungan kuadrat antara deformasi dan medan, dan dengan efek piezoelektrik, hubungan tersebut linier.
Selain itu, elektrostriksi terjadi pada dielektrik dengan struktur apa pun dan bahkan terjadi pada cairan dan gas, sedangkan efek piezoelektrik hanya diamati pada dielektrik padat, terutama dielektrik kristal.
Piezoelektrik hanya muncul dalam kasus di mana deformasi elastis kristal disertai dengan perpindahan pusat gravitasi muatan positif dan negatif sel satuan kristal, yaitu ketika menyebabkan momen dipol terinduksi, yang diperlukan. untuk terjadinya polarisasi listrik dielektrik di bawah pengaruh tekanan mekanis. Dalam struktur yang memiliki pusat simetri, tidak ada deformasi seragam yang dapat mengganggu keseimbangan internal kisi kristal dan, oleh karena itu, hanya 20 kelas yang tidak memiliki pusat simetri yang bersifat piezoelektrik. Tidak adanya pusat simetri merupakan kondisi yang diperlukan tetapi tidak cukup untuk adanya efek piezoelektrik, dan oleh karena itu tidak semua kristal asentris memilikinya.
Efek piezoelektrik tidak dapat diamati pada dielektrik amorf padat dan kriptokristolik, karena hal ini bertentangan dengan simetri bolanya. Pengecualian adalah ketika mereka menjadi anisotropik di bawah pengaruh kekuatan eksternal dan dengan demikian memperoleh sebagian sifat kristal tunggal.Efek piezoelektrik juga dimungkinkan pada beberapa jenis tekstur kristal.
Hingga saat ini, efek piezoelektrik belum menemukan gambaran kuantitatif yang memuaskan dalam kerangka teori atom modern tentang kisi kristal. Bahkan untuk struktur dengan tipe yang paling sederhana pun tidak mungkin untuk menghitung secara kasar orde konstanta piezoelektrik.
Setiap piezoelektrik merupakan transduser elektromekanis, sehingga karakteristik pentingnya adalah koefisien kopling elektromekanis k. Kuadrat dari koefisien ini mewakili rasio energi yang diwujudkan dalam bentuk mekanis untuk jenis deformasi tertentu terhadap total energi listrik yang diterima pada masukan dari sumber listrik.
Dalam banyak kasus, piezoelektrik sangat penting karena sifat elastisnya, yang dijelaskan oleh modulus elastis c (Moduli muda Eyu) atau besaran terbalik - konstanta elastis s.
Saat menggunakan elemen piezoelektrik sebagai resonator, dalam beberapa kasus, koefisien frekuensi diperkenalkan, yang merupakan produk dari frekuensi resonansi elemen piezoelektrik dan ukuran geometris yang menentukan jenis getaran. Nilai ini sebanding dengan cepat rambat bunyi pada arah rambat gelombang elastik pada elemen piezoelektrik. Saat ini, banyak zat yang diketahui (lebih dari 500) yang telah menunjukkan aktivitas piezoelektrik. Namun, hanya sedikit yang menemukan penerapan praktis.
2. Membalikkan efek piezoelektrik.
Selain efek piezoelektrik, terdapat juga fenomena sebaliknya: pada kristal piezoelektrik, terjadinya polarisasi disertai dengan deformasi mekanis. Oleh karena itu, jika tegangan listrik diterapkan pada pelat logam yang dipasang pada kristal, kristal menjadi terpolarisasi dan berubah bentuk karena pengaruh medan.
Sangat mudah untuk melihat bahwa perlunya adanya efek piezoelektrik terbalik mengikuti hukum kekekalan energi dan fakta adanya efek langsung. Mari kita perhatikan pelat piezoelektrik (Gbr. 5) dan asumsikan bahwa kita memampatkannya oleh gaya luar F. Jika tidak ada efek piezoelektrik, maka kerja gaya luar akan sama dengan energi potensial pelat yang mengalami deformasi elastis. Dengan adanya efek piezoelektrik, muatan muncul pada pelat dan timbul medan listrik yang mengandung energi tambahan. Menurut hukum kekekalan energi, ketika pelat piezoelektrik dikompresi, banyak usaha yang dilakukan, yang berarti gaya tambahan F1 timbul di dalamnya, yang melawan kompresi. Ini adalah kekuatan efek piezoelektrik terbalik. Dari pemikiran di atas, muncul keterkaitan antara tanda-tanda kedua akibat tersebut. Jika pada kedua kasus tersebut tanda-tanda muatan pada permukaannya sama, maka tanda-tanda deformasinya berbeda. Jika, ketika pelat dikompresi, muatan muncul pada permukaannya seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 5, maka ketika polarisasi yang sama diciptakan oleh medan luar, pelat akan meregang.
Gambar.5. Hubungan antara efek piezoelektrik langsung dan terbalik.
Efek piezoelektrik terbalik sangat mirip dengan penyempitan listrik. Namun kedua fenomena ini berbeda. Efek piezoelektrik bergantung pada arah medan dan ketika arah medan berubah ke arah sebaliknya, ia berubah tanda. Penyempitan listrik tidak bergantung pada arah medan. Efek piezoelektrik hanya diamati pada beberapa kristal yang tidak memiliki pusat simetri. Sengatan listrik terjadi pada semua dielektrik, baik padat maupun cair.
Jika pelat terpasang tetap dan tidak dapat diubah bentuknya, maka bila timbul medan listrik maka akan timbul tekanan mekanis tambahan di dalamnya.Nilainya s sebanding dengan kuat medan listrik di dalam kristal:
dimana b adalah modul piezoelektrik yang sama seperti pada kasus efek piezoelektrik langsung. Tanda minus dalam rumus ini mencerminkan rasio tanda efek piezoelektrik langsung dan terbalik di atas.
Tegangan mekanis total di dalam kristal adalah jumlah tegangan yang disebabkan oleh deformasi dan tegangan yang ditimbulkan oleh pengaruh medan listrik. Itu sama dengan:
Di sini C adalah modulus elastisitas pada deformasi tarik unilateral (modulus Young) pada medan listrik konstan. Rumus (51.2) dan (52.2) merupakan hubungan utama dalam teori piezoelektrik.
Saat menulis rumus, kami memilih u dan E sebagai variabel bebas dan menganggap D dan s sebagai fungsinya. Hal ini, tentu saja, tidak perlu, dan kita dapat menganggap pasangan besaran lain sebagai variabel independen, salah satunya mekanik dan yang lainnya listrik. Kemudian kita juga akan menerima dua hubungan linier antara u, s, E dan D, tetapi dengan koefisien yang berbeda. Tergantung pada jenis masalah yang sedang dipertimbangkan, berbagai bentuk penulisan hubungan piezoelektrik dasar dapat dilakukan dengan mudah.
Karena semua kristal piezoelektrik bersifat anisotropik, konstanta e, C, dan b bergantung pada orientasi permukaan pelat relatif terhadap sumbu kristal. Selain itu, mereka bergantung pada apakah sisi sisi pelat tetap atau bebas (mereka bergantung pada kondisi batas selama deformasi). Untuk memberikan gambaran tentang urutan besarnya konstanta ini, kami menyajikan nilainya untuk kuarsa jika pelat dipotong tegak lurus terhadap sumbu X dan sisi-sisinya bebas:
e=4, 5; C=7, 8 1010 N/m2; b=0,18 C/m2.
Sekarang mari kita perhatikan contoh penerapan hubungan dasar (4) dan (5) Mari kita asumsikan bahwa pelat kuarsa, yang dipotong seperti ditunjukkan di atas, diregangkan sepanjang sumbu X, dan pelat yang menyentuh permukaannya terbuka. Karena muatan pelat sebelum deformasi adalah nol, dan kuarsa merupakan dielektrik, maka setelah deformasi pelat tidak akan bermuatan. Menurut definisi perpindahan listrik, ini berarti D=0. Maka dari hubungan (4) berikut ini bahwa ketika terjadi deformasi, medan listrik dengan intensitas akan muncul di dalam pelat:
Mengganti ekspresi ini ke dalam rumus (5), kita menemukan tekanan mekanis pada pelat:
s=Cu-b(-(b/e0e)u)=C(1+(b2/e0eC))u (7)
Tegangan, seperti halnya tidak adanya efek piezoelektrik, sebanding dengan regangan. Namun, sifat elastis pelat sekarang ditandai dengan modulus elastisitas efektif
С" == С (1 + b2/e0eС). (8)
yang lebih besar dari C. Peningkatan kekakuan elastis disebabkan oleh munculnya tegangan tambahan selama efek piezoelektrik terbalik, yang mencegah deformasi. Pengaruh sifat piezoelektrik kristal terhadap sifat mekaniknya ditandai dengan nilai: K2=b2/e0eC (9)
Akar kuadrat dari nilai ini (K) disebut konstanta kopling elektromekanis.Dengan menggunakan nilai e, C dan b di atas, kita menemukan bahwa untuk kuarsa K2 ~ 0,01 Untuk semua kristal piezoelektrik lain yang diketahui, K2 juga kecil dibandingkan dengan kesatuan dan tidak melebihi 0,1 .
Sekarang mari kita perkirakan besarnya medan piezoelektrik. Mari kita asumsikan bahwa tegangan mekanis sebesar 1 1055 N/m2 diterapkan pada permukaan pelat kuarsa yang tegak lurus terhadap sumbu X. Maka menurut (7), deformasinya akan sama dengan u=1, 3 · 10-6. Mengganti nilai ini ke rumus (6), kita memperoleh |E|==5900 V/m=59 V/cm. Dengan ketebalan pelat, katakanlah, d==0,5 cm, tegangan antar pelat akan sama dengan U=Ed~30 V. Kita melihat bahwa medan dan tegangan piezoelektrik bisa sangat signifikan. Dengan menggunakan piezoelektrik yang lebih kuat daripada kuarsa dan menggunakan jenis deformasi yang dipilih dengan benar, dimungkinkan untuk memperoleh tegangan piezoelektrik yang diukur dalam ribuan volt.
Efek piezoelektrik (langsung dan mundur) banyak digunakan untuk desain berbagai konverter elektromekanis. Untuk tujuan ini, elemen piezokomposit kadang-kadang digunakan, dirancang untuk melakukan berbagai jenis deformasi.
Gambar 6 menunjukkan elemen piezoelektrik ganda (terdiri dari dua pelat) yang bekerja dalam kompresi. Pelat dipotong dari kristal sedemikian rupa sehingga dapat dikompres atau diregangkan pada saat yang bersamaan. Sebaliknya, jika elemen piezoelektrik tersebut dikompresi atau diregangkan oleh gaya luar, maka tegangan akan muncul di antara pelat-pelatnya. Sambungan pelat pada elemen piezoelektrik ini sesuai dengan sambungan paralel kapasitor.
Gambar.6. Elemen piezoelektrik ganda yang beroperasi dalam kompresi.
Dan juga untuk keperluan metrologi. 3. Kriteria dasar untuk mengevaluasi transduser getaran non-kontak Untuk membandingkan metode non-kontak untuk mengukur parameter getaran dan transduser pengukur getaran berdasarkan metode tersebut, disarankan untuk menggunakan, selain parameter yang tercantum, kriteria evaluasi berikut: sifat medan fisik atau radiasi yang berinteraksi selama proses pengukuran; ...
Itu. Untuk melindungi sumber dari kebocoran informasi, perlu dilakukan pelanggaran energi dan kondisi sementara keberadaan saluran kebocoran dengan menggunakan alat proteksi yang berbeda prinsip fisiknya. Karakteristik teknis saluran pengubah akustik Transduser akustik adalah suatu alat yang mengubah energi elektromagnetik menjadi energi gelombang elastis dalam medium dan sebaliknya. DI DALAM...
Campuran bahan mentah mengurangi stabilitas kisi kristalnya dan, oleh karena itu, mempercepat proses pembentukan bahan. Kajian pengaruh aditif nikel dan tembaga terhadap densitas benda kerja piezoceramic disajikan pada Gambar. 2. Hasil pengukuran massa jenis menunjukkan bahwa keramik paduan mempunyai massa jenis yang lebih tinggi pada semua suhu pembakaran. Jadi keramik dengan penambahan tembaga mempunyai massa jenis yang sudah...
Efek magnetostriksi
Generator ultrasonik
Pemotongan ultrasonik
Mengurangi kekuatan mekanis saat memproses dengan alat pemotong
pembersihan ultrasonik
Pengelasan ultrasonik
Pengelasan solder ultrasonik
Pengujian ultrasonik
Analisis ekspres ultrasonik
Percepatan proses produksi
Impregnasi ultrasonik
USG dalam metalurgi
USG di Pertambangan
USG dalam elektronik
USG di bidang pertanian
USG di industri makanan
USG dalam biologi
Diagnosis penyakit dengan USG
Pengobatan penyakit dengan USG
Di darat dan laut
Pada tahun 1880, ilmuwan Perancis bersaudara Jacques dan Pierre Curie menemukan efek piezoelektrik. Esensinya terletak pada kenyataan bahwa jika pelat kuarsa berubah bentuk, maka muatan listrik dengan tanda berlawanan muncul di permukaannya. Oleh karena itu, piezoelektrik adalah listrik yang dihasilkan dari aksi mekanis pada suatu zat (“piezo” dalam bahasa Yunani berarti “menekan”).
Untuk pertama kalinya, sifat piezoelektrik ditemukan pada batu kristal, salah satu jenis kuarsa. Kristal batu adalah kristal transparan, tidak berwarna, seperti es. Ahli mineralogi Soviet A.E. Fersman menulis dalam bukunya "Entertaining Mineralogy": "Ambillah di tangan Anda sepotong kristal batu dan sepotong kaca yang sama - keduanya memiliki warna dan transparansi yang serupa. Jika Anda memecahkannya, keduanya akan memiliki ketajaman yang sama, pemotongan "kristal" dari nama Yunani untuk "es", karena kristal batu sangat mirip dengan es..."
Hampir dua ratus jenis kuarsa ditemukan di alam. Ini termasuk citrine kuning keemasan, akik merah darah, aventurine coklat kemerahan dengan warna emas, batu kecubung ungu dan banyak lainnya. Hampir sepersepuluh kerak bumi terdiri dari berbagai jenis kuarsa. Bahkan pasir biasa sebagian besar terdiri dari butiran kuarsa.
Kuarsa banyak digunakan dalam sains dan teknologi. Ini melarutkan sinar ultraviolet, keras dan tahan api. Piring kaca kuarsa dapat dipanaskan hingga merah panas dan segera direndam dalam air es. Ia tahan terhadap hampir semua asam dan merupakan konduktor listrik yang buruk. Namun propertinya yang paling luar biasa adalah piezoelektrik. Jika sebuah pelat, yang dipotong dengan cara tertentu dari kristal kuarsa, dikompresi dan dibuka, muatan listrik dengan tanda yang berlawanan akan muncul di permukaannya. Semakin kuat kompresinya, semakin besar pula muatannya. Munculnya muatan listrik pada permukaan pelat kuarsa selama deformasi disebut efek piezoelektrik langsung.
Jika muatan listrik diterapkan pada pelat kuarsa tersebut, ukurannya akan berubah. Semakin besar muatannya, semakin banyak pelat yang terdeformasi. Ketika medan listrik bolak-balik bekerja pada pelat, ia berkontraksi atau mengembang seiring dengan perubahan tanda-tanda tegangan yang diberikan. Jika yang terakhir berubah dengan frekuensi ultrasonik, maka pelat juga bergetar dengan frekuensi ultrasonik, yang menjadi dasar penggunaan kuarsa untuk menghasilkan gelombang ultrasonik. Perubahan ukuran pelat kuarsa akibat pengaruh muatan listrik disebut efek piezoelektrik terbalik.
Efek piezoelektrik langsung digunakan dalam penerima getaran ultrasonik, yang diubah menjadi arus bolak-balik. Tetapi jika tegangan bolak-balik diterapkan ke penerima seperti itu, efek piezoelektrik terbalik akan terungkap sepenuhnya. Dalam hal ini, arus bolak-balik diubah menjadi getaran ultrasonik dan penerima beroperasi sebagai pemancar ultrasonik. Oleh karena itu, penerima dan pemancar piezoelektrik dapat direpresentasikan dalam bentuk satu perangkat, yang secara bergantian dapat memancarkan dan menerima getaran ultrasonik. Alat seperti ini disebut transduser akustik ultrasonik.
Transduser akustik berhasil digunakan dalam berbagai jenis sistem elektroakustik, khususnya sistem yang ditujukan untuk pengukuran dan penelitian akustik dan hidroakustik. Perangkat piezoelektrik banyak digunakan dalam eksplorasi ruang angkasa. Saat ini mereka diwakili oleh beberapa sensor yang mengirimkan data tentang kondisi astronot, kondisi di dalam pesawat ruang angkasa, peringatan bahaya meteorit, dll.
Perangkat piezoelektrik membantu “merasakan” bagian-bagian pesawat, mengidentifikasi kesalahan dalam perhitungannya dan mencegah konsekuensi berbahaya dari kesalahan ini; "melihat" ke dalam laras senjata tembak untuk mengukur tekanan atau memperoleh data lainnya. Piezoelektrik digunakan dalam teknik radio dan televisi. Perangkat piezoelektrik membantu menemukan kumpulan ikan, menjelajahi perut bumi, mencari mineral, mendiagnosis dan merawat manusia, menganalisis dan mempercepat proses kimia, dll.
Kuarsa telah lama dianggap sebagai salah satu bahan utama yang digunakan untuk pembuatan transduser ultrasonik. Namun emitornya, yang terbuat dari pelat kuarsa kecil, memiliki daya yang kecil. Untuk memperbesarnya, luas permukaan radiasi diperbesar dengan menyusun pelat kuarsa dalam bentuk semacam mozaik.
Di alam, kristal kuarsa kebanyakan ditemukan dalam ukuran yang relatif kecil, meskipun ada pengecualian. Di Pegunungan Alpen Timur, ahli geologi dalam satu sarang menemukan enam kristal batu dengan massa total lebih dari satu setengah ton. Penemuan yang lebih unik lagi ditemukan oleh ahli geologi Ural, yang menemukan deposit kristal dengan seluruh keluarga kristal raksasa. Pertama, kristal seberat 800 kilogram diekstraksi dari batu tersebut. Pencarian terus-menerus selanjutnya memberikan hasil yang benar-benar menakjubkan - sebuah konstelasi dua puluh kristal murni transparan ditemukan. Berat totalnya melebihi 9 ton. Namun, temuan tersebut tidak dapat memenuhi kebutuhan ilmu pengetahuan dan teknologi yang terus meningkat akan kristal kuarsa. Oleh karena itu, mereka mencoba menanamnya secara artifisial di laboratorium, namun sayangnya pertumbuhannya lambat dan biaya produksinya mahal.
Dalam pencarian bahan piezoelektrik lainnya, para ilmuwan mengalihkan perhatian mereka ke garam Rochelle. Ini pertama kali diperoleh dari garam asam tartarat oleh apoteker Perancis Segnet. Garam Rochelle mudah diolah, kristal garam Rochelle dapat dipotong dengan benang biasa yang dibasahi air. Dibandingkan dengan kristal piezoelektrik lainnya, termasuk kuarsa, kristal garam Rochelle memiliki efek piezoelektrik yang jauh lebih besar; efek mekanis sekecil apa pun pada pelat menyebabkan munculnya muatan listrik. Namun, garam Rochelle juga memiliki kelemahan serius yang membatasi penggunaan praktisnya. Ini terutama merupakan titik leleh yang rendah - sekitar 60 derajat, di mana kristal garam Rochelle kehilangan sifat piezoelektriknya dan tidak dapat direduksi lagi. Garam Rochelle Larut dalam air sehingga rentan terhadap kelembapan. Selain itu, rapuh dan tidak tahan terhadap beban mekanis yang berat.
Penelitian bahan piezoelektrik baru dilakukan secara terus-menerus selama Perang Dunia Kedua. Hal ini disebabkan oleh “kelaparan kuarsa” yang timbul dari meluasnya penggunaan kuarsa piezoelektrik dalam perangkat hidroakustik dan elektronik radio militer. Jadi, kristal amonium dihidrogen fosfat digunakan pada waktu itu untuk memproduksi transduser piezoelektrik. Bahan ini stabil pada frekuensi dan memungkinkan bekerja dengan kekuatan tinggi dan pada rentang frekuensi yang luas. Bahan piezoelektrik lainnya telah lama digunakan, seperti amonium fosfat, litium sulfat, dan kalium dihidrogen fosfat. Dalam transduser hidroakustik, mereka digunakan dalam bentuk paket mosaik. Namun, semua kristal piezo ini memiliki kelemahan yang sama - kekuatan mekanik yang rendah. Oleh karena itu, para ilmuwan terus-menerus mencari pengganti yang memiliki sifat piezoelektrik yang mendekati mereka dan tidak memiliki kelemahan yang disebutkan di atas. Dan pengganti seperti itu ditemukan oleh para ilmuwan Soviet yang bekerja di bawah kepemimpinan Anggota Koresponden dari Akademi Ilmu Pengetahuan Uni Soviet B.M.Vul. Itu adalah barium titanat, yang bukan merupakan kristal seperti kuarsa dan garam Rochelle, dan tidak memiliki sifat piezoelektrik.
Barium titanat diperoleh secara artifisial, karena sangat jarang ditemukan di perut bumi. Untuk melakukan ini, campuran dua zat mineral - barium karbonat dan titanat dioksida - dibakar pada suhu yang sangat tinggi. Hasilnya adalah massa berwarna putih kekuningan, yang penampilan dan sifat mekaniknya menyerupai tanah liat biasa. Massa ini, seperti tanah liat, dapat dibentuk apa saja, tetapi secara mekanis kuat dan tidak larut dalam air. Dan untuk memberikan sifat piezoelektrik pada barium titanat, massa yang terbakar ditempatkan dalam medan listrik yang kuat dan kemudian didinginkan. Akibatnya, terjadi polarisasi kristal barium titanat, dipolnya (kombinasi dua muatan listrik yang berlawanan, tetapi sama nilai absolutnya, yang terletak pada jarak tertentu satu sama lain) menempati posisi yang sama, dan setelah pendinginan mereka tetap, seolah-olah "beku" di negara bagian ini. Bahan yang dihasilkan memiliki efek piezoelektrik 50 kali lebih besar daripada kuarsa, dan biayanya rendah, karena tersedia bahan mentah dalam jumlah yang sangat besar untuk produksinya. Kerugian dari barium titanat termasuk kerugian mekanis dan dielektrik yang besar, yang menyebabkan panas berlebih, dan pada suhu di atas 90 derajat, efek piezoelektrik berkurang secara signifikan.
Keramik barium titanat dapat dipotong, digiling, dipoles, memberikan bentuk dan ukuran yang diinginkan pada transduser (pelat datar, silinder, belahan bumi, bagian bola, dll.). Konverter barium titanat lebih efisien dalam mengubah energi listrik menjadi energi mekanik, memiliki ketahanan lebih besar terhadap gangguan listrik, dan dapat beroperasi pada tegangan rendah. Selain itu, transduser ultrasonik barium titanat mampu beroperasi dalam mode berdenyut.
Untuk pembuatan transduser piezoelektrik juga digunakan piezoceramic lain: campuran zirkonium dengan timbal titanat (PZT), piezoceramic ini memiliki efek piezoelektrik dua kali lebih kuat dari barium titanate. Piezoceramics PZT tidak larut dalam air dan juga dapat diproses secara mekanis.
Pada saat yang sama, pencarian kristal yang memiliki sifat piezoelektrik dan memenuhi persyaratan teknis yang diperlukan terus berlanjut. Inilah sebabnya kadmium sulfida menjadi perhatian para ilmuwan. Selain memiliki kemampuan luar biasa untuk memperkuat getaran ultrasonik, ia juga dapat digunakan untuk membuat transduser ultrasonik untuk frekuensi sangat tinggi, yang sama sekali tidak dapat diakses oleh kuarsa dan barium titanat. Para peneliti berpendapat bahwa kristal kadmium sulfida akan memegang rekor jumlah kemungkinan penerapan. Tidak hanya dapat berfungsi sebagai penguat ultrasonik dan transduser, tetapi juga dapat digunakan bersama dengan germanium dan silikon sebagai semikonduktor umum. Selain itu, kadmium sulfida adalah fotoresistor yang sangat baik.
Untuk menyederhanakannya, kita dapat mengatakan bahwa transduser piezoelektrik adalah satu atau lebih elemen piezoelektrik individu dengan permukaan datar atau bola yang dihubungkan dengan cara tertentu, direkatkan ke pelat logam biasa. Untuk memperoleh intensitas radiasi yang tinggi digunakan transduser piezoelektrik pemfokusan, atau konsentrator, yang bentuknya dapat bermacam-macam (belahan bumi, bagian bola berongga, silinder berongga, bagian silinder berongga). Transduser tersebut digunakan untuk menghasilkan getaran ultrasonik yang kuat pada frekuensi tinggi. Dalam hal ini, intensitas radiasi di pusat titik fokus transduser bola adalah 100-150 kali lebih tinggi daripada intensitas rata-rata pada permukaan pemancar transduser.
"Suara, USG, Infrasonik"