पीज़ोइलेक्ट्रिक सामग्री की खोज: प्रकार, गुण और तकनीकी प्रभाव

इन वर्षों में, सामग्री विज्ञान में अग्रिमों ने अलग -अलग पीज़ोइलेक्ट्रिक सामग्री जैसे एकल क्रिस्टल, सिरेमिक और पतली फिल्में बनाई हैं।यह लेख उनके गुणों, प्रकारों, वे कैसे काम करते हैं, और उनके उपयोग सहित पीज़ोइलेक्ट्रिक सामग्रियों पर एक करीबी नज़र डालता है।यह यांत्रिक और इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग को जोड़ने, कई क्षेत्रों में नवाचार को चलाने में उनके महत्व को उजागर करता है।

सूची

चित्रा 1: पीज़ोइलेक्ट्रिक सामग्री

पीजो क्या है?

"पीज़ो" शब्द ग्रीक शब्द "पीज़िन," का अर्थ है "प्रेस करने के लिए" या "दबाव" का अर्थ है।यह पीज़ोइलेक्ट्रिकिटी के लिए विज्ञान में इसके उपयोग के साथ अच्छी तरह से फिट बैठता है।1880 में, फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी जैक्स और पियरे क्यूरी ने पीज़ोइलेक्ट्रिसिटी की खोज की।उन्होंने पाया कि जब टूमलाइन, क्वार्ट्ज, पुखराज और रोशेल नमक जैसे कुछ क्रिस्टल को दबाया गया, तो उन्होंने एक विद्युत चार्ज का उत्पादन किया।उन्होंने यह भी देखा कि ये क्रिस्टल आकार बदल सकते हैं जब एक विद्युत प्रवाह को लागू किया गया था, यह दिखाते हुए कि प्रक्रिया दोनों तरीकों से काम कर सकती है।

इस खोज के कारण विभिन्न पीजोइलेक्ट्रिक उपकरणों का निर्माण हुआ।प्रथम विश्व युद्ध के दौरान, पीज़ोइलेक्ट्रिसिटी का उपयोग मुख्य रूप से अल्ट्रासोनिक पनडुब्बी डिटेक्टरों में किया गया था।आज, पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री का उपयोग कई चीजों में किया जाता है।वे इलेक्ट्रिक सिगरेट लाइटर और इंकजेट प्रिंटर जैसी रोजमर्रा की वस्तुओं में पाए जाते हैं, साथ ही रोबोटिक्स में मेडिकल अल्ट्रासाउंड इमेजिंग और प्रेसिजन मोशन कंट्रोल जैसी उन्नत प्रौद्योगिकियों में भी।

पीज़ोइलेक्ट्रिक सामग्री के प्रकार

चित्र 2: पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री के उदाहरण

एकल क्रिस्टल पीज़ोइलेक्ट्रिक सामग्री

एकल क्रिस्टल पीज़ोइलेक्ट्रिक सामग्री को उनके निरंतर और एकसमान क्रिस्टल जाली की विशेषता है, जो अनाज की सीमाओं से मुक्त है।यह समान संरचना अक्सर अन्य पीज़ोइलेक्ट्रिक सामग्रियों की तुलना में बेहतर इलेक्ट्रोमैकेनिकल युग्मन क्षमता की ओर ले जाती है।ऐसी सामग्रियों के उदाहरणों में क्वार्ट्ज और लैंगासाइट शामिल हैं।इन एकल क्रिस्टल का उत्पादन सटीक विकास विधियों जैसे कि czochralski प्रक्रिया या हाइड्रोथर्मल संश्लेषण का उपयोग करके किया जाता है।उनका असाधारण प्रदर्शन उन्हें उन्नत चिकित्सा इमेजिंग सिस्टम, दूरसंचार प्रतिध्वनि और फिल्टर जैसे सटीक अनुप्रयोगों के लिए एकदम सही बनाता है, और एयरोस्पेस में कंपन निगरानी।

चित्र 3: पीजो क्रिस्टल क्वार्ट्ज सामग्री

सिरेमिक पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री

पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक पेरोव्साइट-संरचित सामग्रियों जैसे लीड जिरकोनेट टाइटानेट (PZT) से बने होते हैं।ये सामग्रियां पॉलीक्रिस्टलाइन हैं और पाउडर वाले पदार्थों को सिन्टर करके बनाई जाती हैं।उनके पीजोइलेक्ट्रिक गुणों को एक पोलिंग प्रक्रिया के माध्यम से विकसित किया जाता है और बाहरी विद्युत क्षेत्र को लागू करके इलेक्ट्रिक डिपोल को संरेखित करता है।इन सिरेमिक को आसानी से विभिन्न रूपों और आकारों में आकार दिया जा सकता है।उनकी स्थायित्व और लागत-प्रभावशीलता उन्हें एक्ट्यूएटर्स, सेंसर, अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर और उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स बज़र्स में उपयोग के लिए लोकप्रिय बनाती है।

चित्रा 4: PZT प्रकार की संरचना पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक

पतली फिल्म पीज़ोइलेक्ट्रिक सामग्री

पतली फिल्म पीज़ोइलेक्ट्रिक्स उन परतों को जमा करके बनाई जाती हैं जो कुछ नैनोमीटर से लेकर कई माइक्रोमीटर से लेकर मोटाई में कई माइक्रोमीटर तक होती हैं, जैसे कि स्पटरिंग, केमिकल वाष्प जमाव या स्पंदित लेजर डिपोजिशन जैसी उन्नत फैब्रिकेशन तकनीकों का उपयोग करते हैं।पतली फिल्मों में उपयोग की जाने वाली सामान्य सामग्रियों में PZT, जिंक ऑक्साइड (ZnO), और एल्यूमीनियम नाइट्राइड (ALN) शामिल हैं।इन फिल्मों की पतलीपन उन्हें माइक्रोफोन, माइक्रोसविच और उन्नत सेंसर सरणियों जैसे कॉम्पैक्ट उपकरणों में उनकी कार्यक्षमता को बढ़ाते हुए, माइक्रोइलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम्स (एमईएमएस) और नैनोइलेक्ट्रोमेकेनिकल सिस्टम (एनईएमएस) में एकीकृत करने की अनुमति देता है।मानक अर्धचालक प्रक्रियाओं और स्केलेबिलिटी के साथ उनकी संगतता उन्हें एकीकृत सर्किट और लचीले इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए उपयुक्त बनाती है।

चित्र 5: ALN PIEZOELECTRIC पतली फिल्में

चित्र 6: थोक पीजो तत्व

पतली-फिल्म और बल्क पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री के बीच चयन सटीक, शक्ति और स्थायित्व के लिए अनुप्रयोग की विशिष्ट आवश्यकताओं पर निर्भर करता है।पतली-फिल्म पीज़ो सामग्री छोटे पैमाने पर प्रौद्योगिकियों में अनुकूल है।इसके विपरीत, थोक पीजो सामग्री को अधिक मांग, बड़े पैमाने पर अनुप्रयोगों में पसंद किया जाता है।नीचे दी गई तालिका उनकी मोटाई, विनिर्माण तकनीकों, प्रमुख विशेषताओं और अनुप्रयोगों के आधार पर पतली-फिल्म पीज़ो सामग्री और बल्क पीजो सामग्री की तुलना करती है।

वर्ग	पतली-फिल्म पीज़ो सामग्री	थोक पीजो सामग्री
मोटाई	कई माइक्रोमीटर के लिए कुछ नैनोमीटर	सेंटीमीटर से कई मिलीमीटर
विनिर्माण तकनीक	स्पटरिंग, स्पंदित लेजर बयान, रासायनिक वाष्प जमाव	दबाव, एक्सट्रूज़न, मशीनिंग
विशेषताएँ	उच्च आवृत्ति प्रतिक्रिया: त्वरित प्रतिक्रिया टाइम्स	उच्च बिजली उत्पादन: शक्ति का उत्पादन करता है यांत्रिक तनाव
	लचीलापन: लचीले के लिए लागू सतह	स्थायित्व: मजबूत और टिकाऊ, उपयुक्त भारी भार और कठोर परिस्थितियों के लिए
	सटीक: सटीक नियंत्रण पर एक सूक्ष्म स्तर	बहुमुखी प्रतिभा: आसानी से आकार और आकार के लिए विशिष्ट आवश्यकताएँ
अनुप्रयोग	माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक और एमईएमएस: एक्सेलेरोमीटर, गायरोस्कोप, इंकजेट प्रिंटर हेड	ऊर्जा कटाई: यांत्रिक रूप से परिवर्तित करता है विद्युत ऊर्जा में कंपन से तनाव
	चिकित्सा उपकरण: अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर इमेजिंग और थेरेपी के लिए	एक्ट्यूएटर्स और सेंसर: बड़े एक्ट्यूएटर्स में मोटर वाहन और एयरोस्पेस उद्योग, उच्च-लोड सेंसर
	दूरसंचार: फिल्टर और मोबाइल फोन और संचार उपकरणों में गुंजयमानकर्ता	सोनार और अल्ट्रासोनिक डिवाइस: सोनार नौसेना उपयोग, औद्योगिक अल्ट्रासोनिक क्लीनर के लिए सिस्टम

पतली-फिल्म PZT और बयान के तरीके

पतली-फिल्म लीड जिरकोनेट टाइटनेट (PZT) सामग्री का उपयोग सेंसर, एक्ट्यूएटर्स और माइक्रोइलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम (एमईएमएस) में उनके महान पीज़ोइलेक्ट्रिक गुणों के कारण किया जाता है।PZT पतली फिल्मों की रचना और प्रभावशीलता उनके बयान के तरीकों पर बहुत निर्भर करती है जो उनकी संरचना, अभिविन्यास और पीज़ोइलेक्ट्रिक प्रदर्शन को प्रभावित कर सकती हैं।तीन मुख्य बयान तकनीक: सोल-गेल, स्पटरिंग, और मेटल ऑर्गेनिक केमिकल वाष्प जमाव (MOCVD)।

चित्र 7: लचीला पतली-फिल्म PZT

सोल-गेल प्रक्रिया

सोल-जेल प्रक्रिया PZT पतली फिल्मों को जमा करने और आणविक स्तर पर फिल्म रचना पर नियंत्रण की अनुमति देने के लिए एक लागत प्रभावी तरीका है।यह तकनीक एक कोलाइडल समाधान (SOL) तैयार करने के साथ शुरू होती है जो एक जेल में बदल जाती है।महत्वपूर्ण चरणों में हाइड्रोलाइजिंग और पोलीमराइज़िंग मेटल एल्कोक्साइड शामिल हैं।परिणामी जेल को स्पिन कोटिंग या डुबकी-कोटिंग का उपयोग करके एक सब्सट्रेट पर लागू किया जाता है, इसके बाद कार्बनिक घटकों को हटाने और PZT चरण को क्रिस्टलीकृत करने के लिए गर्मी उपचार किया जाता है।

चित्र 8: PZT पतली फिल्मों के लिए सोल-जेल प्रक्रिया

लाभ

• स्टोइकोमेट्री पर ठीक नियंत्रण की अनुमति देता है, पीज़ोइलेक्ट्रिक गुणों में सुधार करता है

• अन्य तरीकों की तुलना में कम तापमान का उपयोग करता है

चुनौतियां

• बड़े क्षेत्रों में लगातार मोटाई और रचना प्राप्त करना कठिन है

• सुखाने और फायरिंग के दौरान उच्च संकोचन अक्सर दरार का कारण बनता है

लपेटना

स्पटरिंग एक भौतिक वाष्प जमाव (पीवीडी) तकनीक है जहां उच्च-ऊर्जा कण एक लक्ष्य से सामग्री को खटखटाते हैं, फिर एक सब्सट्रेट पर जमा करते हैं।PZT फिल्मों के लिए, RF मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग का उपयोग PZT लक्ष्य को मारते हुए आर्गन आयनों के एक प्लाज्मा को शामिल करते हुए किया जाता है।

चित्र 9: पतली-फिल्म बयान की स्पटर बयान विधि

लाभ

• अच्छे आसंजन और घनत्व वाली फिल्मों का निर्माण करता है

• बड़े सब्सट्रेट को समान रूप से कोटिंग के लिए उपयुक्त

चुनौतियां

• तनाव उनके गुणों को प्रभावित करने वाली फिल्मों में निर्माण कर सकता है

• अंतर स्पटरिंग पैदावार के कारण स्पटरिंग के दौरान लक्ष्य की रचना बदल सकती है

धातु कार्बनिक रसायन वाष्प जमाव (MOCVD)

MOCVD में एक वाष्प चरण में धातु-कार्बनिक अग्रदूतों को विघटित करना और एक पतली फिल्म बनाने के लिए एक गर्म सब्सट्रेट पर प्रतिक्रिया या विघटित करना शामिल है।यह विधि इलेक्ट्रॉनिक अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त उच्च शुद्धता, अच्छी तरह से क्रिस्टलीकृत फिल्मों के उत्पादन के लिए पसंद की जाती है।

लाभ

• जटिल आकार के सब्सट्रेट पर भी उत्कृष्ट फिल्म एकरूपता और अनुरूपता प्रदान करता है

• उच्च-मात्रा उत्पादन के लिए अच्छा है

चुनौतियां

• अन्य तरीकों की तुलना में उच्च तापमान की आवश्यकता होती है

• धातु-कार्बनिक अग्रदूतों की हैंडलिंग और भंडारण खतरनाक हो सकता है

चित्र 10: धातु कार्बनिक रासायनिक वाष्प जमाव

सामग्री तनाव के तहत कैसे कार्य करती है

संपीड़न के अधीन व्यवहार

जब क्वार्ट्ज या बेरियम टाइटनेट जैसी सामग्री को निचोड़ा जाता है, तो वे उन तरीकों में बदलते हैं जो विभिन्न उपकरणों में उनके उपयोग को प्रभावित करते हैं।इन सामग्रियों में विशेष संरचनाएं होती हैं जो दबाए जाने पर विद्युत आवेशों का निर्माण करती हैं।जैसा कि वे संकुचित होते हैं, वे सिकुड़ जाते हैं और उनकी आंतरिक संरचना बदल जाती है।

यह निचोड़ क्रिस्टल के अंदर विद्युत आवेशों को असमान रूप से वितरित करने का कारण बनता है।दबाव क्रिस्टल की संरचना में आयनों को स्थानांतरित करता है, एक विद्युत क्षेत्र बनाता है।ऐसा इसलिए होता है क्योंकि सामग्री शिफ्ट में सकारात्मक और नकारात्मक चार्ज केंद्र होता है।विद्युत प्रतिक्रिया की मात्रा क्रिस्टल के प्रकार, बल लागू बल और बल के सापेक्ष क्रिस्टल की दिशा पर निर्भर करती है।

उदाहरण के लिए, सेंसर में, क्रिस्टल द्वारा उत्पादित वोल्टेज उन बल को माप सकता है जो उन्हें दबाव और निगरानी भार का पता लगाने के लिए एकदम सही बनाते हैं।एक्ट्यूएटर्स में, एक विद्युत क्षेत्र को लागू करने से क्रिस्टल परिवर्तन आकार हो सकता है, जिससे अल्ट्रासोनिक उपकरणों और कार ईंधन इंजेक्टर जैसी चीजों में आंदोलनों का सटीक नियंत्रण हो सकता है।

चित्र 11: पीज़ोइलेक्ट्रिक सामग्री काम करती है

दबाव के लिए पीजोइलेक्ट्रिक प्रतिक्रिया

जब पीज़ोइलेक्ट्रिक सामग्री यांत्रिक दबाव का सामना करती है, तो उनके अणुओं को फिर से महसूस होता है, जो उनके विद्युत गुणों को प्रभावित करते हैं।बल आणविक संरचना को बदलता है, समान विद्युत दिशा के साथ क्षेत्रों को संरेखित करता है, विद्युत ध्रुवीकरण को बढ़ाता है।

यह संरेखण सामग्री में चार्ज पृथक्करण को बढ़ाता है, इसके विद्युत ध्रुवीकरण को बढ़ाता है।सरल शब्दों में, दबाव द्विध्रुवीय (दो विपरीत आरोपों के साथ अणु) को अधिक समान बनाता है, जो किसी दिए गए बल के लिए एक मजबूत विद्युत क्षेत्र बनाता है।

अलग -अलग दबावों के तहत इस प्रतिक्रिया को सटीक रूप से नियंत्रित करने की क्षमता कई प्रौद्योगिकियों में पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री को बहुत उपयोगी बनाती है।यांत्रिक दबाव को विद्युत संकेतों में बदलने की उनकी क्षमता और इसके विपरीत उन्हें सटीक इलेक्ट्रॉनिक आवृत्तियों को उत्पन्न करने और औद्योगिक सेटिंग्स में कंपन की निगरानी करने जैसे कार्यों में प्रभावी ढंग से उपयोग करने की अनुमति मिलती है।

पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव

चित्र 12: पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव

पीज़ोइलेक्ट्रिक प्रभाव के साथ यांत्रिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में बदलना

पीज़ोइलेक्ट्रिक प्रभाव कुछ क्रिस्टल सामग्रियों को विकृत करके यांत्रिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में बदल देता है।इन सामग्रियों, जिन्हें पीज़ोइलेक्ट्रिक्स के रूप में जाना जाता है, में क्वार्ट्ज जैसे प्राकृतिक पदार्थ और सिंथेटिक जैसे उन्नत सिरेमिक शामिल हैं।

जब एक पीज़ोइलेक्ट्रिक सामग्री यांत्रिक तनाव का सामना करती है जैसे कि निचोड़ा, मुड़, या मुड़ा हुआ, इसकी क्रिस्टल संरचना, एक केंद्रीय समरूपता नहीं है और परेशान हो जाता है।यह गड़बड़ी क्रिस्टल में चार्ज केंद्रों को पोलराइजेशन का कारण बनाती है और सामग्री में कुछ बिंदुओं पर एक विद्युत क्षमता पैदा करती है।

इस प्रक्रिया के प्रमुख बिंदु:

उत्पादित विद्युत आवेश यांत्रिक तनाव की मात्रा से मेल खाता है।इसका मतलब है कि विद्युत उत्पादन को लागू किए गए बल के आधार पर सटीक रूप से नियंत्रित किया जा सकता है;

जब बल हटा दिया जाता है, तो सामग्री अपने मूल राज्य में लौटती है और विद्युत आवेश दूर हो जाता है।यह उन उपकरणों के लिए सामग्री के स्थायित्व और विश्वसनीयता को सुनिश्चित करता है जिन्हें बार -बार अच्छी तरह से काम करने की आवश्यकता होती है।

रिवर्स पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव के साथ यांत्रिक ऊर्जा में विद्युत ऊर्जा को बदलना

रिवर्स पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव विद्युत ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में वापस बदल देता है।एक पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री के लिए एक विद्युत वोल्टेज को लागू करने से एक विद्युत क्षेत्र बनता है जो क्रिस्टल जाली संरचना को बदलता है, सामग्री के आयामों को बदल देता है।

इस प्रभाव का उपयोग ऑप्टिकल इंस्ट्रूमेंट्स और माइक्रो-पोजिशनिंग सिस्टम में सटीक एक्ट्यूएटर्स में किया जाता है।रिवर्स पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव यह सुनिश्चित करता है कि छोटे विद्युत इनपुट सटीक, नियंत्रित यांत्रिक समायोजन में परिणाम करते हैं, रोबोटिक्स, ऑटोमोटिव प्रौद्योगिकी, चिकित्सा उपकरणों और दूरसंचार में प्रगति में मदद करते हैं।

पीज़ोइलेक्ट्रिक प्रभाव की दोहरी क्षमता एक यांत्रिक-से-इलेक्ट्रिकल और इलेक्ट्रिकल-टू-मैकेनिकल ट्रांसड्यूसर दोनों के रूप में कार्य करने के लिए तकनीकी प्रगति का समर्थन करती है।यह आधुनिक इंजीनियरिंग और नवाचार का विस्तार करते हुए यांत्रिक और विद्युत डोमेन को जोड़ता है।

चित्र 13: प्रत्यक्ष और रिवर्स पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव

गैर-पीज़ोइलेक्ट्रिक और पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री की तुलना करना

गैर-पीज़ोइलेक्ट्रिक और पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री अलग-अलग हैं कि वे यांत्रिक और विद्युत ऊर्जा को कैसे संभालते हैं।स्टील और एल्यूमीनियम जैसी गैर-पीज़ोइलेक्ट्रिक सामग्री बिजली का संचालन कर सकती है, लेकिन तनावग्रस्त होने पर एक इलेक्ट्रिक चार्ज नहीं बना सकती है।Piezoelectric सामग्री, जैसे कि क्वार्ट्ज और कुछ सिरेमिक, यांत्रिक ऊर्जा को उनके विशेष क्रिस्टल संरचना के कारण विद्युत ऊर्जा में बदल सकते हैं।

गैर-पीज़ोइलेक्ट्रिक सामग्री में सममित क्रिस्टल लैटिस होते हैं, इसलिए तनावग्रस्त होने पर वे एक इलेक्ट्रिक द्विध्रुव का उत्पादन नहीं करते हैं।पीज़ोइलेक्ट्रिक सामग्री में विषम क्रिस्टल लैटिस होते हैं, जो उन्हें तनाव के तहत एक इलेक्ट्रिक चार्ज उत्पन्न करने की अनुमति देता है।यह विरूपण आंतरिक ध्रुवीकरण का कारण बनता है और विद्युत क्षमता पैदा करता है।

गैर-पीज़ोइलेक्ट्रिक सामग्री अपने इलेक्ट्रॉन गतिशीलता और बैंड संरचना के आधार पर नियमित कंडक्टर या इंसुलेटर की तरह व्यवहार करती है और विकृत होने पर वे एक इलेक्ट्रिक चार्ज नहीं बनाते हैं।पीज़ोइलेक्ट्रिक सामग्री दो प्रभावों को प्रदर्शित करती है: प्रत्यक्ष पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव, जहां यांत्रिक तनाव एक विद्युत आवेश उत्पन्न करता है, और उलटा पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव, जहां एक विद्युत क्षेत्र यांत्रिक विरूपण का कारण बनता है।ये विशेषताएं सेंसर और एक्ट्यूएटर्स में उपयोग के लिए उपयुक्त पीज़ोइलेक्ट्रिक सामग्री बनाती हैं।

उनके अलग-अलग गुणों के कारण, विभिन्न अनुप्रयोगों में गैर-पीज़ोइलेक्ट्रिक और पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री का उपयोग किया जाता है।गैर-पीज़ोइलेक्ट्रिक सामग्री का उपयोग संरचनात्मक घटकों, विद्युत तारों और मानक इलेक्ट्रॉनिक भागों में किया जाता है जहां ताकत और चालकता महत्वपूर्ण होती है।पीज़ोइलेक्ट्रिक सामग्री का उपयोग उन क्षेत्रों में किया जाता है जिनके लिए सटीक नियंत्रण और यांत्रिक-इलेक्ट्रिकल ऊर्जा रूपांतरण की आवश्यकता होती है, जैसे कि अल्ट्रासाउंड उपकरण, सटीक स्थिति उपकरण, और विभिन्न सेंसर और उन्नत प्रौद्योगिकियों के लिए एक्ट्यूएटर्स अच्छे होते हैं।

पीजोइलेक्ट्रिकिटी के अनुप्रयोग

उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स: स्मार्टफोन और अन्य उपकरणों में, पीज़ोइलेक्ट्रिक भागों का उपयोग स्पीकर और माइक्रोफोन में किया जाता है।वे ऑडियो इनपुट के लिए विद्युत संकेतों में विद्युत संकेतों या ध्वनि कंपन में विद्युत संकेतों को बदल देते हैं।

ऑटोमोटिव उद्योग: आधुनिक कारें कई उद्देश्यों के लिए पीज़ोइलेक्ट्रिक सेंसर का उपयोग करती हैं जैसे इंजन में ईंधन इंजेक्शन को नियंत्रित करना और टायर के दबाव की निगरानी करना।

पर्यावरण निगरानी: पीज़ोइलेक्ट्रिक सेंसर दबाव परिवर्तन, कंपन और ध्वनियों का पता लगाते हैं।उनका उपयोग पर्यावरणीय परिस्थितियों की जांच करने और इमारतों और पुलों की सुरक्षा सुनिश्चित करने के लिए किया जाता है।

ऊर्जा कटाई: पीज़ोइलेक्ट्रिक सामग्री यांत्रिक तनाव से ऊर्जा को पकड़ सकती है।उदाहरण के लिए, फर्श जो कि नक्शेकदम को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं, वे व्यस्त क्षेत्रों में रोशनी और इलेक्ट्रॉनिक्स को बिजली दे सकते हैं, जिससे स्थायी वातावरण बनाने में मदद मिलती है।

हाई-वोल्टेज पीजोइलेक्ट्रिक लाइटर: ये लाइटर गैस स्टोव और बारबेक्यू को प्रकाशित करने के लिए उपयोग किए जाते हैं और एक छोटे से यांत्रिक क्लिक से एक उच्च वोल्टेज बनाते हैं, जिससे बर्नर को हल्का करने के लिए एक चिंगारी का उत्पादन होता है।यह पीज़ोइलेक्ट्रिक सामग्री के व्यावहारिक उपयोग को दर्शाता है।

मेडिकल इमेजिंग: पीज़ोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल अल्ट्रासाउंड मशीनों में उपयोगी हैं।वे ध्वनि तरंगों का उत्पादन करते हैं जो ऊतकों और अंगों को उछालते हैं, निदान के लिए चित्र बनाते हैं।

वैज्ञानिक उपकरणों में प्रेसिजन एक्ट्यूएटर्स: सटीक एक्ट्यूएटर्स में पीज़ोइलेक्ट्रिक सामग्री प्रकाशिकी और नैनोटेक्नोलॉजी के लिए छोटे आंदोलनों का निर्माण करती है।ये एक्ट्यूएटर वैज्ञानिक अनुसंधान और अर्धचालक विनिर्माण के लिए सूक्ष्म सटीकता के साथ दर्पण, लेंस और अन्य भागों को समायोजित करते हैं।

निष्कर्ष

पीज़ोइलेक्ट्रिक सामग्री का अध्ययन करना भौतिकी और इंजीनियरिंग के बीच एक मजबूत संबंध दिखाता है, यह दर्शाता है कि उनके प्राकृतिक गुणों का उपयोग कई तकनीकी उद्देश्यों के लिए कैसे किया जा सकता है।मजबूत बल्क सामग्री और लचीली पतली फिल्मों दोनों के रूप में उपलब्ध पीज़ोइलेक्ट्रिक सामग्री की बहुमुखी प्रतिभा, उन्हें विभिन्न अनुप्रयोगों, जैसे कि ऊर्जा कटाई, पर्यावरण निगरानी और स्थायी प्रौद्योगिकियों को विकसित करने के लिए उपयुक्त बनाती है।जैसा कि नवाचार जारी है, पीजोइलेक्ट्रिक सामग्रियों में अनुसंधान और विकास अधिक महत्वपूर्ण हैं, भविष्य की प्रौद्योगिकियों के लिए दक्षता, सटीकता और कार्यक्षमता में सुधार करने का आशाजनक सुधार।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न [FAQ]

1. पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव से बिजली का उत्पादन क्या होता है?

पीज़ोइलेक्ट्रिक प्रभाव तब होता है जब कुछ सामग्री यांत्रिक तनाव के जवाब में एक विद्युत आवेश का उत्पादन करती है।ये सामग्री, क्वार्ट्ज जैसे एक क्रिस्टल, बेरियम टाइटनेट और कुछ पॉलिमर जैसे सिरेमिक, एक क्रिस्टल जाली संरचना के अधिकारी हैं जो गैर-सेंट्रोसिमेट्रिक है, जिसका अर्थ है कि इसमें समरूपता का एक केंद्र का अभाव है।जब यांत्रिक बल जैसे दबाव या कंपन लागू किया जाता है, तो यह संरचना विकृत हो जाती है।यह विरूपण जाली के भीतर आयनों को विस्थापित करता है, जिससे सकारात्मक और नकारात्मक चार्ज वाले क्षेत्र बनते हैं।इन शुल्कों के स्थानिक पृथक्करण से बिजली पैदा करने वाली बिजली पैदा होती है।यह प्रभाव प्रतिवर्ती है और इन सामग्रियों के लिए एक विद्युत क्षेत्र को लागू करना यांत्रिक तनाव को भी प्रेरित करेगा।

2. कौन सा उपकरण पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव का उपयोग करता है?

पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव का उपयोग करने वाले उपकरण विविध हैं और इसमें रोजमर्रा और विशेष दोनों उपकरण शामिल हैं।सामान्य अनुप्रयोग हैं:

क्वार्ट्ज घड़ियाँ: समय को सटीक रूप से रखने के लिए एक विद्युत क्षेत्र के तहत क्वार्ट्ज के नियमित कंपन का उपयोग करना।

मेडिकल अल्ट्रासाउंड डिवाइस: ध्वनि तरंगों को उत्पन्न करना जो नैदानिक ​​छवियों को बनाने के लिए शरीर के अंदर गूंजते हैं।

कारों में ईंधन इंजेक्टर: इंजन सिलेंडर में इंजेक्ट किए गए ईंधन की मात्रा और मात्रा को नियंत्रित करने के लिए पीज़ोइलेक्ट्रिक एक्ट्यूएटर्स का उपयोग करना।

Piezoelectric सेंसर और एक्सेलेरोमीटर: दबाव, त्वरण, तनाव, या बल में परिवर्तन को मापने से उन्हें एक विद्युत संकेत में परिवर्तित करके।

3. एक पीजो कितने वोल्ट है?

पीजोइलेक्ट्रिक तत्व का वोल्टेज आउटपुट इसके आकार, सामग्री और यांत्रिक तनाव की मात्रा के आधार पर व्यापक रूप से भिन्न हो सकता है।लाइटर या इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में पाए जाने वाले एक छोटे से पीजो तत्व कुछ वोल्ट से लेकर कई सौ वोल्ट तक एक वोल्टेज स्पाइक का उत्पादन कर सकते हैं।हालांकि, ये आउटपुट आम तौर पर बहुत कम धाराओं में होते हैं और पिछले केवल माइक्रोसेकंड होते हैं।

4. क्या एक पीजो को एक अवरोधक की आवश्यकता है?

कई अनुप्रयोगों में, एक अवरोधक का उपयोग वर्तमान को सीमित करने के लिए एक पीजोइलेक्ट्रिक तत्व के साथ किया जाता है और पीजो के सक्रिय होने पर उत्पादित उच्च वोल्टेज स्पाइक से सर्किट में अन्य घटकों की रक्षा करता है।रोकनेवाला का मूल्य वांछित प्रतिक्रिया समय और संवेदनशीलता सहित सर्किट की विशिष्ट आवश्यकताओं पर निर्भर करता है।एक अवरोधक के बिना, पीजो उच्च प्रारंभिक वोल्टेज स्पाइक के कारण संभावित रूप से जुड़े इलेक्ट्रॉनिक घटकों को नुकसान पहुंचा सकता है।

5. पीजोइलेक्ट्रिक मानव शक्ति से कैसे संबंधित है?

पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव सीधे अभिनव तरीकों से मानव शक्ति का दोहन करने के लिए लागू होता है।यह यांत्रिक ऊर्जा को मानवीय गतिविधियों से बदल सकता है, जैसे कि पैदल या दबाने वाले बटन, विद्युत ऊर्जा में।इस तकनीक को विभिन्न अनुप्रयोगों में खोजा जाता है:

ऊर्जा-कटाई फर्श टाइलें: ये टाइलें सबवे स्टेशनों या मॉल जैसे व्यस्त क्षेत्रों में फुटफॉल के दबाव से बिजली उत्पन्न करती हैं।

पहनने योग्य प्रौद्योगिकी: सामान्य शरीर के आंदोलनों के माध्यम से छोटे उपकरणों के लिए बिजली उत्पन्न करने के लिए जूते या कपड़ों में पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री को एम्बेड करना।

मेडिकल प्रत्यारोपण: पेसमेकर जैसे बिजली उपकरणों के लिए शरीर के आंदोलनों का उपयोग करना, बाहरी बैटरी की आवश्यकता को कम करना या समाप्त करना।