فایل ورد کامل مقاله سرامیک‌های پیزوالکتریک؛ بررسی علمی ویژگی‌های فیزیکی، کاربردهای صنعتی و نوآوری‌های مهندسی

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

 فایل ورد کامل مقاله سرامیک‌های پیزوالکتریک؛ بررسی علمی ویژگی‌های فیزیکی، کاربردهای صنعتی و نوآوری‌های مهندسی دارای ۴۹ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد فایل ورد کامل مقاله سرامیک‌های پیزوالکتریک؛ بررسی علمی ویژگی‌های فیزیکی، کاربردهای صنعتی و نوآوری‌های مهندسی  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی فایل ورد کامل مقاله سرامیک‌های پیزوالکتریک؛ بررسی علمی ویژگی‌های فیزیکی، کاربردهای صنعتی و نوآوری‌های مهندسی،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

بخشی از متن فایل ورد کامل مقاله سرامیک‌های پیزوالکتریک؛ بررسی علمی ویژگی‌های فیزیکی، کاربردهای صنعتی و نوآوری‌های مهندسی :

سرامیک های پیزوالکتریک

مقدمه :
پیزو الکتریک ها نوعی سرامیک هستند که با اعمال اختلاف ولتاژهای معمولی به دو سر آن طول آن از مرتبه یک آنگستروم تغییر می کند.از این مواد برای جابجایی های بسیار دقیق استفاده می شود.

پیروالکتریک (Pb(ZrxTi1-x)O3))
پیزوالکتریسیته عبارتست از تولید الکتریسیته (ایجاد شده توسط پلاریزاسیون) توسط یک ماده بر اثر اعمال تنش. در مورد چنین ماده‌ای گفته می‌شود که «رفتار پیزوالکتریک» دارد.
پیزوالکتریک معکوس

زمانی که یک میدان الکتریکی به یک کریستال پیزوالکتریک اعمال شود، تحت کرنش قرار می‌گیرد که اصطلاحا آن را رفتار پیزوالکتریک معکوس می‌نامند.
شرایط پیزوالکتریک
شرط ضروری برای پیزوالکتریک بودن یک کریستال، عدم تقارن مرکزی در ساختار کریستالی است.
مثال‌هایی از مواد پیزوالکتریک
ترکیبات سرب-زیرکنات-تیتانات (PZT) با ساختار پروسکایت
ZnO
کوارتز
کاربردها
یکی از کاربردهای مستقیم اثر پیزوالکتریک در تولید امواج در فرستنده‌های اولتراسونیک در سونوگرافی است.

سرامیکهای پیزوالکتریک وکاربردهای آن
پیزوالکتریک¬ها گروهی از سرامیک¬های پیشرفته هستند که کاربردهای وسیعی در صنایع الکترونیک، صنایع مصرفی، پزشکی و صنایع نظامی دارند. کاربرد سنسورهای پیزوالکتریکی در صنایع مختلف از جمله صنایع غذایی، دارویی، لوازم برقی و خودرو در حال پیشرفت است. در زیر گزارشی از کاربرد، مقیاس بازار و مسائل فنی این مواد نقل شده و سپس تحلیلی راجع به وضعیت این تکنولوژی در کشور ارائه شده است:
پیزوالکتریسیته توسط پیروژاک کوری در سال ۱۸۹۲ کشف گردید و از واژه یونانی Piezin به معنی “فشار” مشتق می¬شود. اعمال فشار به برخی کریستال¬ها مانند کوارتز یا برخی سرامیک¬ها الکتریسیته تولید می¬¬کند. فشار یا تنش مکانیکی وارد شده به برخی کریستال¬ها باعث

جابه¬جایی دو قطبی¬های ایجاد شده و پدید آمدن میدان الکتریکی می¬شود. آرایش یون¬های مثبت و منفی، تعیین¬کننده ایجاد یا عدم ایجاد اثر پیزوالکتریسیته است. به همین دلیل اثر پیزوالکتریسیته یا ایجاد جریان الکتریسیته القایی توسط وارد کردن فشار، در مواد کریستالی انیزوتروپ رخ می¬دهد؛ یعنی در آن دسته از کریستال¬هایی که مرکز تقارن ندارند. زیرا در کریستال¬های متقارن هیچ ترکیبی از تنش¬های یکنواخت نمی¬تواند سبب جدا شدن بارهای

الکتریکی شود.
اگر یک ماده به عنوان مثال یک سرامیک، پیزوالکتریک باشد، وقتی تحت تاثیر فشار قرار می¬گیرد در سطح آن بار الکتریکی تولید می¬شود؛ یا وقتی در میدان الکتریکی قرار می¬گیرد تغییر شکل مکانیکی می¬یابد. میزان بار الکتریکی یا تغییر شکل مکانیکی به ترکیب ماده بستگی دارد. در ساختمان این سرامیک¬ها موادی نظیر: اکسید سرب، تیتانیا، زیرکونیا و غیره وجود دارند که بسته به نوع کاربرد این مواد با نسبت-های مختلف با هم مخلوط می¬شوند. با تغییر ترکیب و ابعاد قطعات می¬توان پیزوسرامیک¬ها را برای کاربردهای مختلف طراحی کرد.

کاربرد
موادی که فشار را به انرژی الکتریکی و انرژی الکتریکی را به انرژی حرکتی تبدیل می¬کنند در موارد مختلفی از جمله در مبدل¬های پیزوالکتریک استفاده می¬شوند. حسگرهای (Sensor) کوچک، کم خرج، حساس و کارآمد با رشد قابل توجهی امروزه در صنعت خودرو اهمیت یافته¬اند. مدل¬های جدید خودرو بین ۱۸ تا ۳۰ سنسور دارند که شامل سنسورهای فشار برای کنترل میزان فشار وار

ده به صندلی¬ها، سنسورهای دما برای کنترل میزان گرما و شرایط جوی، سنسورهای جریان برای ورودی هوای خودرو و سنسورهای شتاب برای سیستم ضد قفل ترمزی(ABS) می¬باشند. در صنایع پیشرفته نیز به طور وسیعی از این سنسورها استفاده می¬شود؛ مثلاً صنایع نفت، غذایی

و آشامیدنی و دارویی همگی از این سنسورها برای کنترل سطح جریان سیال (flow and level monitoring) استفاده می¬کنند. سنسور¬های جریان سیال و سطح و مبد¬ل¬های دوپلر، تخلیه اتوماتیک مخازن نفت و خطوط لوله را کنترل می¬کنند.
صنایع دیگر از سنسورها برای تست¬های غیر مخرب استفاده می-کنند؛ مانند تست¬های غیر مخرب تیر¬های فولادی، خطوط راه¬آهن و بدنه هواپیما. در بخش مراقبت¬های پزشکی نیز از پیزوسرامیک-ها در مبدل تصویرگرهای تشخیصی و مونیتور¬های fetal heart استفاده می¬شود که هزینه پایین و ایمنی بالا نشان کارایی این فراورده است. کاربرد¬های دیگر، شامل تفنگ¬های لیزری برای درمان آب مروارید چشم، چاقوهای کوچک جراحی و کالبدشکافی، مته¬ها و پاک¬کننده‌های دندانی، پمپ¬های IV و پمپ¬های قلب می¬شود. مبدل¬های کوچک که در مجاری خون جهت ثبت تغییرات متناوب ضربان قلب بیمار قرار داده می¬شوند نیز از سنسور¬های پیزوالکتریک ساخته می¬شوند.
تولیدکنندگان فراورده¬های مصرفی نیز از استفاده کنندگان سنسورها هستند. در ماشین¬های لباسشویی از سه سنسور برای کنترل میزان بار و میزان سطح آب و کنترل چرخش استفاده می-شود. سنسور¬های پیروالکتریکی (تولید بار الکتریکی در سطح یک بلور در اثر گرما را پیروالکتریسیته گویند که تمامی مواد پیروالکتریک، پیزوالکتریک نیز هستند) در فرهای مایکروویو شرایط غذا را کنترل می¬کنند و در یخچال¬ها از سنسورهای برفک استفاده می¬شود. به علاوه از آنها در

ترانسفورماتورهای اولتراسونیک در مرطوب کننده¬ها، اتمایزرها، فندک¬های اجاق گاز، زنگ خطر آژیرهای خطر، دستگاه ناقل صدا در گیتارهای اکوستیک و ضبط صوت¬های دارای دیسک فشرده نیز استفاده می¬شود.
یک استفاده مهم سرامیک پیزوالکتریک در ایجاد و دریافت کردن امواج صوتی است. گستره کاربرد این مواد از ابزارها و تجهیزات اولتراسونیکی برای عمق¬یابی در دریا و پیدا کردن محل تجمع ماهی¬ها تا تجهیزات ردیاب زیردریایی¬ها می¬باشد. مثلاً دردماغه زیردریایی(Trident) از ۵ تن مواد پیزوسرامیک که همگی به صورت دیسک¬هایی با قطر ۴ اینچ و ضخامت ۰۲۵ اینچ هستند استفاده

شده است که این تکنولوژی، زیردریایی را به حرکت سریع، آرام و بی صدا در میان آب قادر می¬سازد. کاربردهای دیگر اثر پیزوالکترسیته در برشکاری و جوشکاری و عیب¬یابی در داخل قطعات فلزی صنعتی است. جدیدترین کاربردهای این مواد در پرینترهای ink-jet است. از مواد فعال¬کننده نویز تا ایستگاه¬های فضایی (مثلRaytheon)، پیزوسرامیک¬ها اجزا کلیدی مورد نیاز برای ساخت قطعات پیشرفته و سیستم¬های کارآمد را تشکیل خواهند داد.
فرایند تولید
فرایند ساخت پیزوسرامیک¬ها شامل ۱۶ مرحله است که با وزن کردن، مخلوط کردن و آسیاب کردن موادی مانند زیرکونیا، اکسید سرب، تیتانیا، نیوبیا و اکسید استرانسیم و غیره شروع می¬شوند. سپس مواد مخلوط شده کلسینه شده و واکنش انجام می¬دهند تا ترکیب تیتانات-زیرکونات سرب تشکیل شود. ترکیب تیتانات-زیرکونات سرب تشکیل شده که دارای مقداری رطوبت است به اندازه ذرات خیلی ریز آسیاب می¬شود. سپس چسب-ها و روانسازها افزوده می¬شوند و ماده به دست¬آمده در اسپری¬درایر خشک می¬شود تا یک پودر آماده برای تراکم حاصل شود.
بعد از آماده سازی مواد اولیه، فرایندی که برای شکل دادن سرامیک به کار گرفته می¬شود، استفاده از پرس خشک یا ایزواستاتیک با فشار اعمالی بین ۶ تا ۱۰۰ تن است. اجزا شکل داده شده در دمای ۱۳۰۰ درجه فارنهایت در شرایط کنترل-شده اتمسفری پخت بیسکویت می¬شوند تا چسب¬ها و روان¬کننده¬های لازم برای عمل شکل¬دهی در این مرحله سوخته و خارج شود. قطعات بیسکویت در بوته¬های مخصوص “آلومینا بالا” قرار داده شده و برای پخت در دمای بالا در داخل کوره قرار داده می-شوند. کوره الکتریکی تا حدود دمای ۲۳۰۰ درجه فانهایت گرم می¬شود و به مدت سه ساعت در این دما نگه داشته می¬شود (قطعات سرامیکی برای کنترل تبخیر احتمالی اکسید سرب در خلال فرایند پخت در دمای بالا در بوته¬های آلومینا بالا قرار داده می¬شوند).

سپس سرامیک پخته¬شده با دقت زیادی به اندازه¬های معین ماشین¬کاری می¬شود. بعد از مرحله اندازه¬بندی، قطعات سرامیک متالیزه می¬شود؛ یعنی یک پوشش فلزی روی سطح آنها نشانده می¬شود. این کار به کمک تکنیک “silk screening” انجام می¬شود و از الکترودهای نقره، طلا، نیکل یا پلاتینیوم-پالادیوم استفاده می¬شود. الکترودهای متالیزه شده روی یک شبکه توری شکل که از سیم¬های فلزی نسوز تشکیل شده است قرار گرفته و به داخل کوره حمل می¬شوند و در دمایی در حدود ۷۰۰ درجه سانتی¬گراد پخته می¬¬شوند.

بعد از این مرحله، نوبت به عمل قطبی¬کردن قطعه¬های سرامیکی می¬رسد. در عمل قطبی¬کردن ولتاژ جریان مستقیم(DC) به سرامیکی که در یک روغن دی¬الکتریک گرم¬شده و مقاوم قرار دارد، اعمال می¬شود تا دوقطبی¬های آن در یک سمت جهت¬گیری کنند. قطعات سرامیکی قطبی¬شده اکنون پیزوالکتریک هستند. بعد از قطبی کردن، نوبت به کنترل کیفی خواص می¬رسد. قطعات جهت تضمین و تامین کردن خواص الکتریکی متناسب با نوع کاربردشان، آزمایش و بررسی می¬شوند. قطعات آزموده شده آماده بسته¬بندی و ارسال و استفاده هستند.
مقیاس بازار
به¬علت کاربردهای وسیع پیزوسرامیک¬ها میزان عرضه آنها بسیار وسیع است. از نظر جهانی بازار این مواد تقریباً ۱۱ میلیارد دلار است و در ایالات متحده در حدود ۱۵ میلیارد دلار تخمین زده می¬شود. کارشناسان صنعت پیش¬بینی می¬کنند که بازار این مواد از رشدی به میزان ۲۰ تا ۲۵ درصد در سه تا پنج سال آینده برخوردار خواهد بود. به¬عنوان مثال تا پنج سال پیش صنعت خودرو مصرف‌کننده عمده¬ای برای پیزوسرامیک نبود اما امروز در خودروهای جدید بالغ بر ۳۰ قطعه پیزوسرامیکی استفاده می¬شود.
تحلیل:
اگر قبول کنیم تولید محصولات سرامیک¬های پیشرفته امری ضروری است (رجوع شود به سخنان دکتر مارقوسیان)، طبیعتاً باید با راهکارهای مشخص و با تعیین اولویت¬ها پا به عرصه این تکنولوژی گذاشت. با توجه به اینکه سرامیک¬های پیشرفته شامل چند شاخه است، ابتدا باید وارد

شاخه¬هایی شد که علاوه بر قابل دستیابی بودن دانش فنی و سهولت در انتقال تکنولوژی از بازار بزرگی در آینده برخوردار باشند.
پیزوالکتریک¬ها همچنان که در متن آمده است حدود ۱۷ درصد بازار سرامیک¬های پیشرفته را به خود اختصاص داده¬اند ضمن اینکه دارای رشد بازار بسیار خوبی نیز می¬باشند. در حال حاضر به صورت محدود در صنایع الکترونیک شیراز این محصول تولید می¬شود که نشان دهنده وجود دانش فنی و فناوری تولید هر چند به صورت محدود در کشور است. بنابراین با توجه به زمینه¬های م

وجود و بازار رو به رشد این تکنولوژی، پرداختن به آن در کشور دارای اولویت به نظر می¬رسد.
بسیاری از دستگاه های اکترونیکی مهمی که امروزه توسط مردم مورد استفاده قرار می گیرند بدون وجود سرامیک ها موجود نخواهند بود.
محققین، به رهبری پال مورالت از موسسه ی تکنولوژی فدرال سوئیس، محدوده ی مواد سرامیکی را مرور کرده و نقش حیاتی را که مواد پیزوالکتریک در پیشرفت تکنولوژی بازی می کنند را مورد بررسی قرار دادند.
مواد پیزوالکتریک، مواد سرامیکی هستند که نقش ویژه ای را در ارتباطات راه دور و تصویر برداری فراصوت بازی می کنند چرا که این قابلیت را دارند که سیگنال های الکتریکی را به شکل کارآمدی به نوسانات مکانیکی تبدیل نمایند و برعکس.
پیزوالکتریسیته به توانایی برخی از مواد، عمدتا کریستال ها و سرامیک ها، برمی گردد که در هنگام فشردگی می توانند الکتریسیته تولید نمایند. در طی بیست سال گذشته، سیستم های میکروالکترومکانیکی (MESM) تبدیل به یک تکنولوژی تثبیت شده با کاربردهای فراوان شده اند.
همانگونه که می دانید سرامیک ها و صنایع مرتبط با آن بسیار محدوده گسترده ای دارند و از مواد سفالی گرفته تا ترکیب سرامیک ها با فلزات و عناصر فلزی که برای بهبود خواص با یکدیگر ترکیب می شوند و سرامیک های الکتریکی، بیوسرامیک های مهندسی این محدوده ادامه دارد. الیاف سرامیکی یکی از مواد مهم در صنایع مختلف محسوب می شود و اکنون مشکل موجود هزینه بالای تولید این الیاف است که قیمت آن را بالا می برد. سرامیک های پیشرفته کاربردهای زیادی در صنایع تولیدی، ژنراتورهای برق، هوافضا، حمل و نقل، صنایع نظامی و هم چنین به عنوان سپرهای محافظتی از بدن دارند. از دهه ۱۹۹۰ و با شروع رشد در صنایع سرامیک های پیشرفته محصولات جدید زیادی به بازار آمده اند ولی می بایست کارهای بعدی برای کاهش قیمت بر روی آنها انجام شود تا با قیمت فلزات قابل مقایسه باشند. سرمایه گذاری بخش خصوصی با توجه به زمان بازگشت سرمایه این مواد چندان نمی تواند قابل توجیه باشد. سرامیک ها می توانند جزء موادی باشند که کارکرد سوخت و عملکرد آن را در موتورها بالا برده، مقاومت سایشی ترکیبات را افزایش دهند، وزن وسایل نقلیه و هواپیماها را کاهش داده و باعث افزایش راندمان در انواع ماشین آلات گردند.

خواص سرامیک ها :
مواد سرامیکی خواص ویژه ای از خود نشان می دهند به طوری که این امر موجب می گردد که جایگزین دیگری با مواد دیگر نداشته باشد وبنابراین نقش ویژه ای در تهیه انواع بیشماری از ادوات و تجهیزات بازی می کند. برای ایجاد یک خواص خوب و مناسب ودر نتیجه بکارگیری صحیح مواد

سرامیکی دانستن اطلاعات درمورد رابطه بین خواص و ریزساختار مواد سرامیکی ضروری است. ریزساختار مواد بستگی زیادی به فرآیند تولید و روش تهیه دارد. سرامیک های پیشرفته امروز کاربردهای بسیار فراوانی دارند و امروزه سعی بر تولید مواد سرامیکی است که به شکل کامل تولید شده و بعد از تولید نیاز به ماشین کاری و در نتیجه تحمیل هزینه اضافی به سیستم حذف گردد.
مواد جدیدی که امروزه اهمیت ویژه ای برای تحقیق و توسعه این مواد در نظر گرفته می شوند در زمینه سرامیک به شرح زیر می باشند :

بیوسرامیک ها که تاثیر به سزایی در رشد صنعت پزشکی و بهبود وضعیت سلامتی جوامع انسانی داشته اند، مواد ساینده نظیر ابزار برش و چرخ های ساینده که کاربری آن در صنایع کاربردی فلزات و ; است. سرامیک های سخت و بسیار سخت (hard and Super hard ceramics ) موادی هستند که مطالعه بر روی آن ها بسیار پر اهمیت و البته هزینه بر است.
روش های مطالعه رفتار مواد در دماهای بالا، فیلترها، خوردگی مواد نیز نیاز به تقویت دارد. تجزیه SO و NO در فرآیند احتراق محصولات سرامیکی در دماهایی پائین از طریق احیای کاتالیتیک (Catalytic reduction ) مورد بررسی قرار گیرد.
اجزای سرامیکی برای هایپر فیلتراسیون (Hyper filtration ) گازی در اندازه مولکولی در مایع آب مناسب هستند. الکتروسرامیک ها کاربردهای بسیار متنوعی داشته و شامل سرامیک های با هدایت یونی (کاربرد در باتری ها و سنسورها )، عایق های الکتریکی، نیمه هادی ها و سوپرهادی ها می گردند.
سرامیک های فروالکتریک کاربردهای بسیار زیادی در خازن ها، سنسورها، سرامیک های پیزوالکتریک، اجزای الکترواپتیک ترمیتورها دارند که بسیار مورد توجه محققان هستند. سرامیک های فرو مغناطیس نقش اساسی در صنعت الکترونیک ایفا کرده و کاربرد آن در سیستم های ذخیره سازی، ارتباطات ماهواره ای، تلویزیون و سایر سیستم های الکترونیکی است.
اجزای کوچک شده الکتروسرامیک ها (Miniaturization ) موادی هستند که در آینده کاربردهای زیادی خواهند داشت.
خواص شیمیایی، فیزیکی و مکانیکی مواد سرامیکی را بسیار متمایز کرده است.

مزایای سیستم پیزو سرامیک:
سیستم پیزو سرامیک علاوه بر برخوردارى از تمام مزایاى سیستم جعبه انتخاب سوزن سلونوئیدى، قابلیت هاى زیر را نیز داراست:
۱ قابلیت نصب روی انواع ژاکارد:
این سیستم قابل نصب روی انواع ژاکارد از جمله ژاکارد کارتی با استاندارد ( vincenzi) و ژاکاردهای کاغذی (verdol) می باشد.
علاوه بر این سیستم پیزو سرامیک قابلیت نصب روی ژاکاردهای “دو وضعیتی” و “سه وضعیتی” با سرعت بالا را دارا می باشد. با توجه به سرعت بالای این سیستم امکان نصب آن برروی انواع ماشین هایی که دارای ژاکارد مکانیکی هستند از قبیل ماشین های نواربافی، پرده بافی، پتوبافی،حوله بافی، ترمه بافی،

رومبلی، مخمل بافی و; وجود دارد.
از جمله ژاکاردهایی که سیستم پیزو روى آنها نصب مى شود، مى توان به ژاکاردهاى اشتوبلی، گروسه، بوبیو، تکستیما، وندویل، شلایشر، ایرانى و ترکیه اى اشاره کرد.

۲ سهولت بیشتر در نگهداری و تعمیرات:
چنانچه قطعه ای از سیستم دچار مشکل شود (کاست) به راحتی قابل تعویض و تعمیر و جایگزینی است.

۳ قابلیت نصب و راه اندازی سریع:
سیستم پیزو سرامیک به دلیل حجم کم و سبکتربودن تجهیزات نسبت به سیستم سلنوئیدی زمان کمتری براى نصب و راه اندازی لازم دارد.
این محصول به همراه دیگر دستاوردهای شرکت نمادپردا در چهاردهمین نمایشگاه بین المللی نساجی (۳۰-۲۷ مهر سال جاری) به نمایش درآمد.
از جمله این دستاوردها می توان به سیستم ژاکارد کامپیوتری اشاره کرد. شرکت نمادپردا اولین سازنده موفق سیستم ژاکارد کامپیوتری در ایران می باشد. این سیستم که جایگزین کارت های پانچ در تجهیزات ژاکارد ماشین های بافندگی است، با بهره گیری از تکنولوژی مدرن الکترونیک و کامپیوتر، امکانات گسترده ای را به ماشین بافت می دهد.
سیستم فوق، اطلاعات مربوط به طرح را توسط فایل های ذخیره شده بر روی دیسکت دریافت و از طریق واحد فرمان الکترونیک به تجهیزات ژاکارد منتقل می نماید. این سیستم به طور کامل از تجهیزات و سیستم کنترل ماشین بافت مستقل بوده و تنها با دریافت اطلاعات از ماشین خود را با آن هماهنگ می نماید.

ساخت پیزوالکتریک فلزی با استفاده از فناوری نانو
پیزوسرامیک¬ها دسته¬ایی از مواد سرامیکی هستند که با اعمال ولتاژ، تغییر طول می¬دهند. در خبر زیر که برگرفته از خبرنامه نانوتکنولوژی، شماره ۳۷ است به تحولی در عرصه پیزوالکتریک¬ها پرداخته شده است:

محققین آلمانی و اتریشی موفق به ساخت فلزی نانوحفره‌ای شده‌اند که رفتاری همانند سرامیک از خود نشان می‌دهد. این فلز، مشابه یک پیزوسرامیک با اعمال ولتاژ خارجی، حدود ۰۱۵ درصد افزایش طول می‌یابد.
ویب مولر، یکی از این محققین ابراز داشت: “با تزریق یا تخلیه الکترون¬ها، باندهای اتمی سطح ماده منبسط یا منقبض می‌شوند و از آنجا که سطح این ماده بسیار زیاد است، این کار منجر به انبساط ماکروسکوپی ماده می‌گردد. به طوریکه نتیجه آن در برخی از نمونه‌ها با چشم غیرمسلح نیز قابل مشاهده است.”
این گروه تحقیقاتی، نوعی پلاتین نانوحفره‌ای را با استفاده از پلاتین سیاه با اندازه‌ دان

ه‌های ۶ نانومتر ساختند. آنها ولتاژ خارجی را در حضور یک الکترولیت آبی مانند اسید سولفوریک، اسید کلریدریک یا محلول هیدورکسید پتاسیم اعمال نمودند. محلول هیدورکسیدپتاسیم، بیشترین کشش را در نمونه‌ها ایجاد نمود.
به گفته این محققین، پیزوسرامیک¬ها به¬طور گسترده به¬عنوان مواد راه‌انداز در چاپگرهای جوهرافشان و در نازل¬های تزریق سوخت در اتومبیل‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. مزیت این ماده جدید این است که با اعمال ولتاژ کمتر، به اندازه پیزوسرامیک¬ها کش می‌آید. قابلیت عملیات این ماده جدید در ولتاژ پایین (حدود یک ولت، در مقایسه با صدها یا هزاران ولت برای پیزوسرامیک¬ها) و نیز امکان استفاده از آن در محیط آبی، امکان کاربرد آن در ادوات میکروسیالاتی همچون شیرهای عملیاتی را فراهم می‌آورد.
حتی این محققین احتمال می‌دهند که بتوان از این ماده جهت کاربرد در تماس مستقیم با سیالات زیستی در سیستم¬های زنده نیز استفاده نمود.
طبق نظر این محققین، اثر اعمال ولتاژ بر روی این ماده با سرامیک¬های معمولی، پلیمرها و نانولوله‌ها از چند جهت متفاوت است: اول اینکه این پدیده یک اثر سطحی است در حالیکه در دیگر موارد، ولتاژ اعمال شده به حجم مواد اعمال می‌شود. دوم اینکه کشش این ماده در تمامی جهات یکسان است و این اثر موجب تغییر حجم می‌شود.
مولر بیان داشت: “تغییر حجم در نمونه‌های ما (بیش از ۴۵ درصد) بسیار بیشتر از سرامیک¬ها است. زیرا جهت کشش در سرامیک¬ها بسته به جهت¬های کریستالوگرافی، تغییر می‌کند و این امر موجب می‌شود تغییر حجم کلی در آنها به حدود صفر برسد.”

اما تولید فلزاتی که رفتارشان همانند سرامیک¬ها باشد تازه شروع شده است و بنا به ادعای این محققین، این روش می‌تواند دریچه‌ای به دسته جدیدی از مواد با خواص اپتیکی و مغناطیسی قابل تنظیم بگشاید.
مولر در تشریح این پدیده چنین بیان می‌دارد:” اتم¬هایی با عدد اتمی بالا، تعداد الکترون¬های بسیار زیادی دارند و همین امر موجب تنوع خواص در آنها می‌شود. تاکنون این خواص کمابیش ثابت در نظر گرفته می‌شد. با این کار جدید می‌توان به¬سادگی با افزودن یا حذف الکترون¬ به اتم¬ها (با اعمال ولتاژ) موقعیت آنها را در جدول تناوبی به چپ یا راست منتقل نمود.”

رادیوهای کریستال (پیزوالکتریک)
رادیوی کریستال ساده ترین نوع رادیو است که به هیچ منبع انرژی و یا باطری احتیاج ندارد و انرژی مورد نیاز خود را بوسیله انرژی امواج دریافتی تامین میکند . ساخت این نوع رادیو بسیار ساده بوده و معمولاً قطعات تشکیل دهنده این رادیو ۳ یا ۴ قطعه میباشد .

وسایل لازم :
۱- سیم پیچ
۲- گوشی کریستال (پیزوالکتریک) .
۳-آشکار ساز (detector) که میتواند یک دیود ژرمانیوم باشد (نقش این قطعه تبدیل امواج دریافتی به صدا است)
۴-یک تکه سیم بعنوان آنتن .

روش ساخت :
از دورشته سیم گوشی یک رشته آن را به یک سر سیم پیچ و زمین متصل میکنیم و سر دیگر گوشی را به پایه دیود ژرمانیم متصل نموده و پایه دیگر دیود ژرمانیم را به سر دیگر سیم پیچ و سیم آنتن متصل میکنیم . حالا رادیوی ما آماده است اما اگر بخواهیم ایستگاههای مختلف را به راحتی دریافت کنیم میتوان به مدار فوق یک عدد خازن متغیر نیز افزود که با تغییر شاخص خازن ایستگاههای مختلف قابل دسترسی است در شکل زیر یک رادیو که در مدار آن خازن متغیر نیز وجود دارد مشاهده مینمائید .

خاصیت پیزوالکتریک عبارت است از ایجاد اختلاف پتانسیل الکتریکى در دو طرف یک بلور هنگامى که آن بلور تحت فشار یا کشش قرار گیرد و نیز انبساط و انقباض آن بلور هنگامى که تحت تاثیر یک میدان الکتریکى واقع شود .
برای عکسبرداری و سونوگرافی عمدتا از اشعه ایکس استفاده می‌شود. به لحاظ انرژی بالا و قدرت نفوذ زیاد اشعه ایکس از آن در سونوگرافی بافت‌های نرم و اعضای داخلی بدن نمی توان استفاده نمود. بنابراین از امواج آکوستیکی از جمله ماورای صوت در سونوگرافی بهره می‌گیرند.
ویژگی پیزو الکتریسیته در بلور کوارتز
در تکنیک سونوگرافی مبنای کار بر مواد پیزوالکتریک نهاده شده است. مواد پیزوالکتریک به موادی اطلاق می‌شود که می تواند تاثیر متقابل فشار مکانیکی و نیروی الکتریکی را در یک محیط برهم ایجاد کنند بهترین ماده پیزوالکتریک برای این منظور بلور کوارتز است. بلور شش ضلعی کوارتز دارای بار منفی و مثبت بصورت یک در میان در شش زاویه خود می‌باشد. اگر این بلور را تحت اثر فشار یا کشش مکانیکی قرار دهیم. دو طرف بلور دارای بارهای منفی و مثبت خواهد شد. حال اگر بلور را در حالت خنثی در یک میدان الکتریکی قرار دهیم وجود بارهای مثبت و منفی باعث کاهش یا فشار در روی بلور شده و شکل بلور را تغییر می‌دهد. اگر این میدان الکتریکی با فرکانس مشخص شروع به نوسان نماید. بلور پیزوالکتریک نیز متناسب با همان فرکانس شروع به ارتعاش نموده و امواج مکانیکی از خود صادر می‌کند و این مبنای تولید ماورای صوت به توسط سیستم پیزوالکتریک است.

طرز بکارگیری بلور کوارتز در سونوگرافی
یک نکته جالب توجه در پدیده سونوگرافی و ماورای صوت این است که همان بلور پیزوالکتریک که تحت تغییرات میدان الکتریکی فیزیک امواج ماورای صوتی تولید می‌کند. بازتابهای امواج را نیز از بافتهای درونی دریافت و با روندی دقیقا عکس روند تولید این فیزیک امواج به سیگنالهای الکتریکی تبدیل می‌کند. که این سیگنال با انتقال به پردازشگر مرکزی به شکل تصویر شخصی در روی صفحه نمایش دستگاه ظاهر می‌شود.

ایجاد تصویر واضع از اندام‌های داخلی

برای ایجاد وضوح و تمایز بهتر ، فرکانس تولید ماورای صوت طوری تنظیم می‌شود که فیزیک امواج بازتابیده را برای ایجاد وضوح و تمایز و تصویر واضح تری را ایجاد کند. برای جلوگیری از پخش فیزیک امواج ماورای صوتی در راستاهای دیگر در ترانسدیوسر از ماده میرا کننده در دسته ترانسدیوسر استفاده شده است. بدین ترتیب فیزیک امواج ماورای صوت فقط در یک راستا در جهت بافتهای بدن منتشر می‌شود. فرکانس ۳ مگاهرتز برای تصویر برداری ماورای صوتی از بافت‌های عمقی و فرکانس یک مگاهرتز برای شناسایی بافت‌های سطحی بکار می‌رود.

بدترین عامل در کاهش نفوذ فیزیک امواج برای ایجاد تصویر واضح وجود آزمایش‌های مربوط به هوا در حد فاصل بدن بیمار و سطح ترانسدیوسر است. برای جلوگیری از این موضوع سطح بدن را با آب یا روغن یا ژله مخصوص آغشته می‌کنند تا هوایی در این فاصله باقی نماند. شرط بازتابش امواج در هنگام عبور از بافت‌های داخلی بدن تغییر دانسته بافت‌هاست. بدین ترتیب مرزهای اندامهای مختلف داخلی به خوبی مشخص می‌شوند. با توجه به این که مقداری از فیزیک امواج حین عبور جذب می‌شوند و میزان این جذب با افزایش چگال بافت بیشتر می‌شود. تصاویر ماورای صوتی اندامهایی که در پشت استخوان قرار دارند، چندان جالب و واضح نیست.

آزمایش ساده
اگر یک بلور پیزوالکتریک به طور مثال در فرکانس ۳ مگاهرتز تنظیم شده باشد در واقع فیزیک امواج با فرکانس به ۳ مگاهرتز را نیز تولید می‌کند که گستره این محدوده را پهنای باند فیزیک امواج گویند و هرچه پهنا اصلی ترین و شدیدترین آنها باشد. و سایر فیزیک امواج در این محدوده برای تولید تصاویر کناری یا فرعی در پدیده سونوگرافی بکار می‌روند.

آزمایش دیگر این تکنیک جداسازی ژرفی است و آن حداقل فاصله‌ای است که با تغییر بافت دستگاه می تواند آنرا نشان دهد. در دستگاههای مدرن با فرکانس ۱-۳ مگاهرتز این قدرت جداسازی حدود یک میلی متر است.
افزایش قدرت حسگرها با نانوسیم های پیزوالکتریک

حسگرهای ارتعاشی فوق حساس، یکی از کاربردهای نانوسیم‌های پیزوالکتریک هستند که با خمیده یا کشیده شدن، الکتریسیته تولید می‌کنند. دانشمندان نشان دادند که نانوسیم‌های تولیدشده از اکسید روی و نیترید گالیم وقتی تحت فشار یا کشش قرار می‌گیرند، الکتریسیته تولید می‌کنند. اما بواسطه ثابت بار پیزوالکتریکی کم مواد امکان انجام موثر این فرآیند وجود ندارند .
یکی از راهکارها، ساخت نانوسیم‌هایی از جنس باریم، تیتانات است که ثابت بار آن۸۵ pc/N ، و در مقایسه با اکسید روی ـ با ثابت بار-۱۲pc/N و نیترید گالیم- با-۳ pc/N قابل توجه است. همان طور که Min-Feng Yu، استاد دانشگاه Illinois آمریکا، نیز نشان داد سنتز شیمیایی آنها پیچیده و کنترل آن سخت است، اما ما را به سمت ابزارهایی با کارایی بهتر هدایت می‌کند.
Yu و همکاراش نانوسیم‌های باریم تیتانات تازه رشدکرده را برای آزمایش بر روی سکوی بارگذاری قرار دادند. هر نانوسیم با پایه‌های پلاتینیومی ـ که با روش پرتوی الکترونی رسوب داده شدند ـ از دو انتها بر دو طرف شکاف موجود در زیرلایه متصل شدند(مطابق شکل). یک قسمت از این زیرلایه ثابت و قسمت دیگر با استفاده از یک محور منفرد متحرک است.
این کار دقّت پژوهشگران را در گذاردن و برداشتن نمونه باریم تیتانات افزایش می‌دهد. برای اندازه‌گیری پاسخ، خروجی نانوسیم‌های پیزوالکتریک از یک تقویت‌کننده فوق‌العاده حساس بار عبور داده شد، سپس با استفاده از نرم‌افزار کسب داده‌ها، استخراج شدند.

Yu و همکارانش در حین انجام آزمایش‌ها، فرایند برداشت و ذخیره‌سازی انرژی را با جزئیات نشان دادند. آنها همچنین الکتریسیته تولیدی با نانوسیم‌ها را در طول چرخه بارگذاری تفسیر کردند. Yu می‌گوید: “ممکن است این ابزارها برای رسیدن به انرژی خروجی کافی یا حساسیت به اغتشاشات محیط، نظیر ارتعاشات مکانیکی و امواج صوتی، به آرایش خاصی از نانوسیم‌های باریم تیتانات نیاز داشته باشند؛ بنابراین به نظر می‌رسد به انواع نازک‌تر و طویل‌تری نیاز است.”

ساختاری را که این گروه آزمایش کردند۲۸۰، نانومتر قطر و ۱۵ میکرومتر طول داشت؛ اما هنوز کارایی رقابت را نداشت. طبق آزمایش‌های آنها خروجی نانوسیم‌های باریم تیتانات ۱۶ بار بیشتر از نانوسیم‌های اکسید روی در شرایط یکسان است. این محققان در مرحله بعد قصد دارند شکل مدار را با کاهش ظرفیت پارازیتی و افزایش مقاومت بارگذاری بهینه‌سازی کنند. آنها معتقدند که این تغییرات می‌تواند تبدیل انرژی را تا ده برابر بهبود بخشد.

میکروفونهای پیزوالکتریک (کریستالی) (Pizoelectric Mic)
بعضی از عناصر مانند بلور کوارتز، نمک راشل و دی هیدروفسفاتت آمونیم و مواد سرامیکی

ریخته شده از قبیل تیتانات دوباریم، دارای خاصیت پیزوالکتریک هستند. یکی از بلورها که در مقابل حرارت پایدار و بصورت خطی کار می نماید. بلور کوارتز می باشد که در الکتروآکوستیک از آن برای ساختن میکروفون، بلندگو و پیکاپهای گرام استفاده می شود. نوع بلوری که بیشتر بکار می رود بلور با برش X نامیده یم شود که مانند شکل از بلور طبیعی بریده ایم شود.
میکروفون کریستالی، میکروفونی می باشد که در آن از خاصیت پیزوالکتریک بعضی از کریستالها استفاده می شود بدین معنی که تغییرات فشار وارد بر روی این نوع کریستال جریان متناوبی متناسب با فشار وارده در دو سر کریستال ایجاد می کند.
دو نوع میکروفون کریستالی وجود دارد، یکنوع از آن فشار صوت مستقیماً بر صفحه کریستال تأثیر می نماید که دارای بازده بسیار کم در حدود ۴/۰ ولت برای هر میکروبار می باشد و نوع دوم، فشار صوت به یک ممبران فلزی وارد می شود و حرکات ممبران بوسیله میله ای که در پشت آن قرار دارد به کریستال منتقل می شود که البته این نوع دارای بازده بیشتری در حدود یک تا دو میلی ولت بر میکروبار می باشد. از میکروفون پیزوالکتریک تا ۸ سال پیش در ضبط صوتهای خانگی استفاده میشد. ولی هم اکنون دیگر استفاده نمی شود زیرا عرض باند آن حدود ۷ تا ۸ کیلوهرتز می باشد که پهنای باند آن کم است.
در نوع دوم میکروفون که ارتعاشات صوت توسط دیافراگم به کریستال منتقل می شود و اختلاف پتانسیل دریافتی در خروجی زیاد می شود ولی پهنای باند نوار فرکانس نسبت به حالت اول کمتر می باشد.
پهنای باند نوار پاسخ فرکانس میکروفون کریستالی بین ۲۰ تا ۱۰۰۰۰ هرتز ک

ه حدود ۵ دسی بل نسبت به حساسیت متوسط تغییرات دارد. حساسیت متوسط تغییرات دارد. حساسیت متوسط میکروفون ۵۰ دسی بل برای یک ولت در هر میکروبار است.

شتاب سنج های پیزوالکتریک
با کیفیت‌ترین شتاب‌سنج‌ها با استفاده از کریستال پیزوالکتریک ساخته می‌شوند که تغییر شکل آن باعث قطبی شدن بارها در دو سر کریستال می‌گردد. بالعکس، اعمال یک میدان الکتریکی به دو سر ماده‌ی پیزوالکتریک باعث تغییر شکل آن می‌گردد. شتاب سنج پیزو الکتریک شامل کریستالی است که به یک جرم متصل بوده و همراه با یک فنر در محفظه‌ای قرار گرفته است. در شکل یک شتاب سنج پیزو الکتریک تجاری موجود را نشان می‌دهد. علاوه بر خواص میرایی طبیعی ذاتی در کریستال و فنر، گاهی از میرایی اضافی نیز استفاده می‌شود (به عنوان مثال، با پر کردن محفظه از روغن). وقتی به شئ حامل, شتابی وارد شود، بر اثر اینرسی جرم، بین بدنه و جرم جابجایی

نسبی بوجود می‌آید. کرنش که در نتیجه‌ی اثر پیزوالکتریک در کریستال به وجود می‌آید باعث جابجایی بار بین پوشش‌های رسانای دو طرف کریستال می‌گردد. شتاب سنجی که از کریستال پیزوالکتریک استفاده می‌کند به هیچ منبع تغذیه‌ی خارجی نیاز ندارد. توجه به این مسئله مهم است که شتاب‌سنج، شتاب را تنها در جهتی که در آن نصب شده است (یعنی در راستای محور فنر، جرم و کریستال) اندازه‌گیری می‌کند.