تحقیق درباره اثر پیزوالکتریک و کاربرد های آن

تحقیق درباره اثر پیزوالکتریک و کاربرد های آن

مشخصات فایل تحقیق:

فرمت: وورد، Word تایپ شده( قابل ويرايش و آماده پرينت )

تعداد صفحات: 25 صفحه

کیفیت: بسیار عالی

قسمتی از متن تحقیق:

• کاربرد های پیزو الکتریک :

 با کشف مواد جدید که خاصیت پیزو الکتریک در شرایط متفاوت تولید می کنند عرصه ی کاربرد های پیزو الکتریک روز به روز دچار تغییر می شود و رو به پیشرفت است . برخی از کاربرد های این اثر در زیر آمده است :

 1- به عنوان مبدل انرژی نوسانی به انرژی الکتریکی (کنترل تهیج یا فرکانس ، شتاب سنج ها و ...)

 2- به عنوان مبدل انرژی صوتی به انرژی الکتریکی و برعکس (در دیسک های صوتی ، گرامافون های قدیمی ، میکروفن ،بلندگو ، زنگ اخبار و ...)

 3- کنترل امواج الکتراسونیک AE در دریافت و انتقال امواج الکتراسونیک

 4- در تولید ولتاژ و جرقه با ولتاژ بالا (جرقه)

5- در تولید بیوسنسورهای پزشکی

 6- در تولید میکروبات های ریز و موتور های در مقیاس کوچک

 7- استفاده از نانوذرات پیزو الکتریک ( نانوذرات سرامیک های خاص ) در ایجاد خواص الکتریکی یک سطح .

در ادامه به توضیح چگونگی به کار بردن اثر پیزو الکتریک در برخی از کاربرد های مهم صنعتی و پزشکی به صورت اجمال می پردازیم .

• کاربرد های سرامیک مهندسی برق :

 بسیاری از دستگاه های الکترونیکی مهمی که امروزه توسط مردم مورد استفاده قرار می گیرند ، بدون وجود سرامیک ممکن نخواهد بود . تحقیق جدیدی که در مجله انجمن سرامیک آمریکا چاپ شده است ، کاربرد مواد سرامیکی در توسعه ی دستگاه های تکنولوژیکی مانند ارتباط سیار تصویر برداری فراصوت نشان می دهد .

 به گزارش خبرگذاری برق الکترونیک و کامپیوتر ایران (الکترونیوز) و به نقل از ساینس دیلی و محققین به رهبری پالت مورالت از موسسه ی تکنولوژی فدرال سوئیس ، محدوده مواد سرامیکی را مرور کرده و نقش حیاتی را که مواد پیزو الکتریک در پیشرفت تکنولوژی باز می کنند ، مورد بررسی قرار دارند .

 مواد پیزو سرامیک نقش ویژه ای را در ارتباطات سیار و راه دور و تصویر برداری فراصوت بازی می کنند چرا که این قابلیت را دارند که به شکل کارآمدی نوسانات مکانیکی در هر بُعد را به سیگنال های الکتریکی تبدیل نمایند .

 این تکنولوژی و اثر در ترکیب با صفحات پیزو الکتریک ( پیزو - MEMS) منجر به کسب مزایای مهمی می شود خاصیت پیزو –MEMS مبتنی بر صفحات AIN که از تحویل ایجاد شده در تکنولوژی تلفن همراه ناشی می شود . امکان ایجاد تلفن های همراه کوچک تر و کاهش شدت تشعشع مایکرو ویو را فراهم می سازد که در این بین PZT نوید بخش استفاده انبوه از این خاصیت در حجم انبوه را خواهد داشت . انتظار می رود کههدهای جوهر افشان پرینتر که دارای کیفیت بسیار بالا می باشند ، گام بزرگ بعدی در پیزو- MEMS باشند .

 استفاده از PZT MEMSدر سنسورهای حرکتی ، سنسورهای لرزشی ، و آینه های نوری ، درایوهای گرداننده ی ساعت مچی و ... را امکان پذیر می سازد . نویسندگان اصلی مقاله می گویند : "کاربردهای بسیار دیگری طی تحقیقات بوجود خواهد آمد ، مانند مهار انرژی ، سیستم های نوسانی برای ساعت ها ، آرایه های آینه ای ، و اسکنرها"

 در زیر راهکار استفاده از این اثر در شتاب سنج به تصویر کشیده شده است :

موتور پیزو الکتریک :

 موتور پیزو الکتریک یا پیزو موتور یک نوع از موتورهای الکتریکی است که بر پایه ی تغییر شکل ماده ی پیزو الکتریک هنگامی که در میدان الکتریکی قرار می گیرد کار می کند . در پیزو موتور از اثر پیزو الکتریک معکوس به منظور تبدیل انرژی الکتریکی به ارتعاشات آلوستیک یل تولید حرکت خطی یا دورانی که به ساختار موتور مربوط است ، استفاده می شود . در این مکانیزم حرکتی بر اثر کشیدگی های پی در پی و انتقال این کشیدگی به قسمت دیگر حرکت بوجود می آید ، به این شکل که در این تکنیک حرکتی سرامیک پیزو الکتریک را استاتور قرار می دهند این تکنیک حرکتی شبیه به حرکت کرم ابریشم است .

 این نوع موتور را در دو نوع خطی و دورانی وجود دارند . معمولاً تحت نام های تجاری "Enehworm" یا "Pizo walk" موتور شهرت دارند . این موتور ها پیزو الکتریک شامل سه بخش اساسی در ایجاد حرکت کرمی شکل هستند . دو تکه کریستال که نقش قفل کننده بر روی قسمت متحرک را دارند و یک تکه کریستال دیگر که نقش حرکت دهند را ایفا می کند . در واقع ابتدا یک کریستال بر روی قسمت متحرک (که قرار است حرکت داده شود) قفل می شود و در مرحله دوم انقباض کریستال دوم صورت می گیرد که باعث حرکت در راستای اصلی می شود و در مرحله سوم قفل باز می گردد . این حرکت توسط سه کریستال به طور مداوم در حال تکرار است در اصل این یک حرکت خطی محسوب می شود اما می توان با طراحی موتور در شکل های خاص این حرکت خطی را دورانی مبدل کرد . در شکل زیر نمونه ای از این نوع از حرکت آمده است :

  رشد و تکامل کریستال های پیزو الکتریک در صنعت به خوبی در حال توسعه می باشد . بازده اعوجاج بسیاریکنواخت و مدوام با توجه به اختلاف پتانسیل های دقیق را می توان ایجاد کرد . تولید کنندگان ادعا می کنند که در گام های بعدی در پی تولید موتور های پیزو الکتریک در مقیاس نانو متر هستند . میزان پاسخ بالا و اعوجاج سریع کریستال ها اجازه می دهد تا مراحل پیشرفت را تا فرکانس های بالا تنیده ساخته شود ، در حدود بیش از 5 مگاهرتز به این ترتیب سرعت خطی حرکت حدود 500 میلی متر در هر ثانیه یا نزدیک به 9/2 کیلومتر بر ساعت خواهد بود .

 شرایط بازار اقتصادی قطعات و تجهیزات پیزو الکتریک :

 در بازار اقتصادی سرامیک های نوین ، سرامیک های الکتریکی یکی از جا افتاده ترین بازارهای موجود است . علاوه بر گسترش زمینه های مصارف قبلی ، مصارف جدید مربوط به کاربردهایی است که پیزو الکتریک ها و خصوصاً پیزو سرامیک ها اخیراً وارد آن حیطه های شده اند . با توجه به مطالب ارائه شده و نقش تعیین کننده ی این نوع قطعات در صنایع مختلف و در راستای گام نهادن در مسیر خودباوری و خوداتکایی و دستیابی به دانش روز ، چنین به نظر می رسد که اهمیت و ضرورت پایه گذاری صنایع الکترو سرامیک و از جمله پیزو الکتریک در کشور ما امری روشن ، واضح و قابل درک است .

 جهت دستیابی به اطلاعات اولیه و کسب آمارهای موجود به مراکز متعددی مراجعه شد . نوع ، کمیت و ارزش اقتصادی نیازهای داخلی در زمینه ی پیزو الکتریک و مشخص نمودن زمینه های تکنولوژی و تولید صنعتی آن در ایران ، زمینه های تحقیقاتی در ایران ، بر آورد و شناخت متخصصان ایرانی در داخل و خارج از کشور و در ادامه آمار واردات و صادرات (تولید و مصرف) در ایران تحلیل شد تخمین نیازهای داخلی (نیازهای فعلی تا سال 1400 هجری شمسی) نشان داد که نیاز داخلی تا سال 1400 حدود 40 میلیون قطعه پیزو و پیرو الکتریک است و باید اقدام لازم در این خصوص صورت گیرد .

 در ابتدا ، مواد جدید به عنوان اساس تکنولوژی های نوین در جهان نقش آن در توسعه ی تمدن بشری اشاره ای شد . آنگاه جایگاه پیزو الکتریک ها همراه تاریخچه ، انواع ، تئوری ، خواص و کلیات کاربردی بررسی گردید . در مرحله دوم ، به جمع آوری اطلاعات و آمار در داخل و خارج از کشور پرداخته و ارائه و تجزیه و تحلیل آن ها صورت گرفت و در ادامه ، شناسایی مراکز مهم علمی – اقتصادی در جهان صورت گرفت . در مرحله سوم ، بررسی وضعیت داخلی با جزئیات بیش تر ارزیابی گردید .

 ..........................................................................................................

فهرست مطالب

- مقدمه و تاریخچه . ..........................................................................................................3

- اثر پیزوالکتریک ..............................................................................................................4

- اثر پیزوالکتریک مستقیم و معکوس ..............................................................................5

- ارتباط اثر پیزو الکتریک با ساختار مولکولی مواد .........................................................5

- وابستگی مواد به دما .......................................................................................................6

- روابط ریاضی ....................................................................................................................7

- انواع موادی که اثر پیزوالکتریک دارند...........................................................................9

- کاربرد های پیزوالکتریک .............................................................................................11

- کاربردهای سرامیک در مهندسی برق ........................................................................12

- شتاب سنج پیزوالکتریک ...........................................................................................13

- موتور پیزوالکتریک ......................................................................................................15

- شرایط بازار اقتصادی قطعات و تجهیزات پیزوالکتریک در ایران ..............................17

- توضیحات ......................................................................................................................18

- مراجع ............................................................................................................................19