Quel est l'effet piézoélectrique?
L'effet piézoélectrique est une propriété unique de certains cristaux où ils généreront un champ électrique ou un courant s'ils sont soumis à une contrainte physique.Le même effet peut également être observé à l'envers, où un champ électrique imposé sur le cristal mettra une contrainte sur sa structure.L'effet piézoélectrique est essentiel aux transducteurs, qui sont des composants électriques utilisés dans une grande variété d'applications de capteurs et de circuits.Malgré la polyvalence du phénomène pour les applications dans les dispositifs électro-mécaniques, il a été découvert en 1880, mais n'a trouvé une utilisation généralisée qu'environ la moitié d'un siècle plus tard.Les types de structures cristallines qui présentent l'effet piézoélectrique comprennent le quartz, le topaze et le sel de rochelle, qui est un type de sel de potassium avec la formule chimique de KNAC 4 H 4 O 6 4H 2 O.
Pierre Curie, qui est célèbre pour avoir remporté le prix Nobel de physique de 1903 pour la recherche sur le rayonnement avec sa femme Marie, est reconnu pour avoir découvert l'effet piézoélectrique avec son frère Jacques Curie en 1880. Les frères n'ont pas découvert l'effet piézoélectrique inverseCependant, où l'électricité déforme les cristaux.Gabriel Lippmann, un physicien franco-luxembourgish, est crédité de la découverte de l'effet inverse l'année suivante, ce qui a conduit à son invention de l'électromètre Lippmann en 1883, un dispositif au cœur du fonctionnement de la première machine à électrocardiographie expérimentale (ECG).
Les effets piézoélectriques ont la propriété unique de développer souvent des milliers de volts de différence de potentiel énergétique électrique avec des niveaux de courant très faibles.Cela fait même de minuscules cristaux piézoélectriques objets utiles pour générer des étincelles dans des équipements d'allumage tels que les fours à gaz.D'autres utilisations courantes pour les cristaux piézoélectriques incluent pour contrôler des mouvements précis dans les microscopes, les imprimantes et les horloges électroniques.
Le processus par lequel l'effet piézoélectrique a lieu est basé sur la structure fondamentale d'un réseau cristallin.Les cristaux ont généralement un équilibre de charge où les charges négatives et positives s'annulent précisément le long des plans rigides du réseau de cristal.Lorsque ce solde de charge est perturbé en appliquant une contrainte physique à un cristal, l'énergie est transférée par des porteurs de charge électrique, créant un courant dans le cristal.Avec l'effet piézoélectrique inverse, l'application d'un champ électrique externe sur le cristal déséquilibrera l'état de charge neutre, ce qui entraîne une contrainte mécanique et un léger réajustement de la structure du réseau.
En 2011, l'effet piézoélectrique a été largement monopolisé et utilisé dansTout, des horloges de quartz aux allumeurs de chauffe-eau, des grilles portables et même des briquets portables.Dans les imprimantes informatiques, les minuscules cristaux sont utilisés au niveau des buses de jet d'encre pour bloquer l'écoulement de l'encre.Lorsqu'un courant leur est appliqué, ils se déforment, permettant à l'encre de s'écouler sur du papier dans des volumes soigneusement contrôlés pour produire du texte et des images.
L'effet piézoélectrique peut également être utilisé pour générer du son pour les haut-parleurs miniatures dans les montres et dans les transducteurs sonorespour mesurer les distances entre des objets tels que pour les études dans le commerce de la construction.Les transducteurs à ultrasons sont également basés sur des cristaux piézoélectriques ainsi que de nombreux microphones.En 2011, ils utilisent des cristaux fabriqués en titanate de baryum, en titanate de plomb ou en zirconate de plomb, qui produisent des tensions inférieures à celles du sel de Rochelle, qui était le cristal standard dans les premières formes de ces technologies.
L'une des formes de technologie les plus avancées pour capitaliser sur l'effet piézoélectrique en 2011 est celui du microscope à tunneling (STM) qui est utilisé visuellement pour examiner visuellement la structure des atomes et des petites molécules.Le STM est un outil fondamental dans le domaine de la nanotechnologie.Les cristaux piézoélectriques utilisés dans les STM sont capables de générer un mouvement mesurable sur l'échelle d'un simple FEw nanomètres ou milliards de mètre.