이후로 사람들은 가장 신뢰할 수 있는 에너지원이 멸종 위기에 처할 것이며 수십 년 후에는 부족할 것이고 지구는 전기가 없는 곳이 될 것이라는 것을 알게 되었습니다. 그리고 그런 일이 일어난다면 우리가 그토록 의존하는 모든 시스템과 기술이 작동을 멈출 것이라고 상상해 보십시오. 가장 중요한 것은 인터넷이 영원히 멈출 것이라는 점입니다! 그리고 그것은 큰 타격이 될 것입니다. 그래서 그들은 인터넷의 중요성을 깨닫기도 전에, 인터넷이 실제로 존재하기 전에, 인터넷이 모든 기술 발전의 중심이 되는 기술이 되기 전부터 대체 에너지 생성을 위해 노력하기 시작했습니다.
대체 소스 중 다수는 이미 본격적인 발전소가 되었으며 일부는 여전히 실험실에서 잠재력과 실제 적용을 실험하고 있습니다. 이러한 대체 에너지원 중 본격적인 발전 산업에 진입하지 못한 것은 압전 또는 전기 형태의 압전 결정체입니다.
압전 크리스탈이란 무엇인가요?
압전 효과는 1880년 두 명의 프랑스 물리학자 Pierre와 Paul-Jacques Curie 형제가 석영, 전기석 및 Rochelle 소금(주석산나트륨 칼륨)의 결정에서 발견했습니다. 그들은 그리스 단어 "Piezein"에서 이름을 따왔습니다. ”, 이는 “누르려면을 의미합니다. ”.
압축, 비틀림 또는 왜곡 시 전하를 얻는 결정을 압전이라고 합니다. 이것은 전기 진동과 기계 진동 사이에 편리한 변환기 효과를 제공합니다.
Quartz는 이 속성을 보여주며 매우 안정적입니다. 수정에 외력이 가해지면 표면에 발생하는 전압에 변화가 생깁니다. 이 변화는 소리 또는 진동의 해당 값으로 측정됩니다.
압전이란 무엇인가요?
특정 수정(예:석영)을 누르면 전기가 흐르게 할 수 있습니다. 일반적으로 그 반대도 마찬가지입니다. 동일한 수정에 전기를 흘려보내면 수정이 앞뒤로 진동하여 "스스로 압착"됩니다.
기술 용어:
"압전 효과(압전 효과라고도 함)는 압착을 통해 기계적인 스트레스를 받게 됩니다.”
압전 효과는 어떻게 생성되나요?
압전 효과를 내기 위해서는 천연 석영 결정을 균일한 두께의 직사각형 또는 타원형의 얇은 판 모양으로 절단해야 합니다. 각 결정에는 3개의 축 세트가 있습니다. 광학 축, 서로 120도인 3개의 전기 축 OX1, OX2 및 OX3, 그리고 서로 120도인 3개의 기계 축 OY1, OY2 및 OY3입니다. 기계 축은 전기 축과 직각을 이룹니다. 애플리케이션에 대한 크리스탈의 특성을 결정하는 일부 매개변수는 다음과 같습니다.
- 천연 수정에서 웨이퍼를 절단하는 각도
- 플레이트 두께
- 플레이트 치수
- 장착 수단
전기축(X축) 방향으로 전기적 응력이 가해지면 전기축에 수직인 Y축 방향으로 기계적 변형이 발생합니다. 관련 X축. 마찬가지로 Y축을 따라 기계적 변형이 가해지면 Y축에 직각인 X축에 수직인 크리스탈의 면에 전하가 생성됩니다.
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역 압전 효과
압전 효과는 반전될 수 있으며, 이를 역 압전 효과라고 합니다. 이것은 전압을 인가하여 압전 결정을 수축 또는 확장함으로써 생성됩니다. 역 압전 효과를 사용하면 음향 음파를 생성하고 생성하는 장치를 개발하는 데 도움이 될 수 있습니다. 압전 음향 장치의 예로는 스피커(휴대용 장치에서 흔히 볼 수 있음) 또는 버저가 있습니다.
압전의 장점
- 고주파 응답 – 매우 높은 주파수 응답을 제공하므로 매우 빠른 속도로 변경되는 매개변수를 쉽게 감지할 수 있습니다.
- 높은 과도 응답 – 압전 변환기는 마이크로초의 이벤트를 감지하고 선형 출력도 제공할 수 있습니다.
- 고출력 – 전자 회로에서 측정되는 높은 출력을 제공합니다.
- 소형 – 견고하고 견고한 구조를 가진 매우 작고 작은 크기입니다.
- 티탄산바륨과 석영은 원하는 모양과 형태로 만들 수 있습니다. 또한 유전 상수가 큽니다. 결정 축은 배향 방향을 지정하여 선택할 수 있습니다.
압전의 단점
- 출력이 낮음 – 압전변환기에서 얻어지는 출력이 낮기 때문에 외부 전자회로를 연결해야 합니다.
- 장치는 작은 전하로 작동하기 때문에 전기적 인터페이스를 위해 높은 임피던스 케이블이 필요합니다.
- 상대 습도가 85% 이상 올라가거나 35% 이하로 떨어지면 출력에 영향을 미칩니다. 그렇다면 왁스나 폴리머 소재로 코팅해야 합니다.
- 형성 - 충분한 강도를 가진 결정에 원하는 형태를 부여하는 것은 매우 어렵습니다.
- 정적 상태에서의 측정에는 적합하지 않습니다. 크리스탈의 온도 변화에 따라 출력이 달라질 수 있습니다.
압전 변환기의 예
- 석영
- 로셸 소금
- 극성 바륨 티타네이트
- 이수소암모늄
- 황산리튬
- 에틸렌 디아민 타르트레이트
- 뼈의 콜라겐도 압전
- 일반 설탕
기계적 에너지(일종의 압력 또는 움직임)를 전기 신호로 또는 그 반대로 변환해야 하는 모든 종류의 상황이 있습니다. 압전 변환기는 변환에 사용하기에 완벽한 장치입니다. 이 트랜스듀서는 아래와 같이 일상 생활에서 많은 응용 분야에 사용되었습니다.
- 초음파 장비에서 압전 변환기는 전기 에너지를 극도로 빠른 기계적 진동으로 변환합니다. 실제로 너무 빨라서 소리가 나지만 우리 귀가 들을 수 없을 정도로 높은 음조입니다. 이러한 초음파 진동은 스캔, 청소 및 기타 모든 종류의 작업에 사용할 수 있습니다.
- 뛰어난 주파수 응답으로 인해 일반적으로 가속도계로 사용되며 출력은 가속도 중력당 (1-30)mV 정도입니다.
- 압전 변환기는 동적 측정, 즉 빠른 속도로 변하는 매개변수에 더 유용합니다. This is because the potential developed under the static conditions is not held by the instrument. Thus piezoelectric crystals are primarily used measurement of quantities like surface roughness, and also in accelerometers and vibration pickups.
- The automotive companies used piezoelectric transducers to detect detonations in the engine blocks.
To use this technology for power generation in full-fledged way the experiments are still going on. Well in the next blog we would discuss about some possible uses that we can have of the piezoelectric crystals to generate energy at our homes.