Piezoelektrik Nedir? Kullanım Alanları?

536 okunma

 

Piezo” kelimesi Yunancada basınç anlamına gelmektedir. Piezoelektrik olayı 18.YY Fransız fizikçiler Jacques ve Pierre Curie tarafından keşfedilmiştir. Piezoelektrik özellik, mekanik bir enerjiyi elektriğe ya da tam tersi olan elektrik enerjisini mekanik enerjiye çevirebilmektedir. Piezoelektrik polimerlerden ya da seramiklerden de, aynı doğrultuda uygulanan yük (basma ya da çekme) sırasında malzeme içinde ki kristal yapının her iki tarafında bulunan +q ve –q yüklerin ortaya çıkması sonucu oluşur. Sıkışma ve gerginlik durumlarında, uygulanan kuvvet miktarı kadar uçları arasında elektriksel kutuplaşma oluşuyordu. Sonradan, bu ilişkinin tam tersi de kanıtlandı. Eğer bu kristal mineraller bir elektrik alanına tabi tutulursa, elektrik alanın gücü kadar kısalıp, uzayabiliyorlardı. Bu duruma, Yunanca'daki piezein (basınç veya sıkıştırma anlamına gelen) kelimesinden esinlenerek piezoelektrik etki ve ters piezoelektrik etki ismi verildi.

Kristal yapı

Kısacası sürekli kutuplaşmaya sahip olan iyonsal kristale (Yukarıdaki şekilde görüldüğü gibi) bir basınç uygulanırsa kutuplar arası mesafe azalacak böylece bir yük birikimi oluşacaktır. Bundan dolayı da bir yük farkı meydana gelmektedir ve bunu bir iletkenle birleşmesiyle akım akmaktadır. Tabi ki aynı olay tersi içinde geçerlidir. Ne var ki üretilen enerji o kadar küçük ki ancak bir mp3 ya da çakmağı çalıştırabiliyoruz.

Piezoelektrik Malzemeler

Piezoelektrik malzemeler içinde kullanılmakta olan çoğunlukla kurşun-zirkonyum-titanyum (PZT) seramiktir. Piezoelektrik etki yaratmak için en önemli olan simetri merkezi olmayan kristaller kullanmaktır. Kullanılan başlıca malzemeler:

  • Kuartz (SiO2)
  • Turmalin
  • Baryum Titanat (BaTiO3)
  • Çinko Oksit (ZnO)
  • PVDF (Poli-vinilidin-klorür)

Aşağıda basit bir piezoelektriğin çalışma prensibi gözükmektedir.

Günlük Hayatımızda Piezoelektrik

Piezoelektrik etki uzanım veya kuvvet sensörleri gibi algılama uygulamalarında kullanılmaktadır.​

Belki de en çok kullandığımız eşya ama hangimiz çakmaklarda Piezoelektrik ile gazın ateşlendiğinin farkındadır.

Mikrofonlarda da piezo etkiden yararlanmaktayız. Sesin tabii oluşturduğu ses dalgalarından gelen basınçla piezo malzeme sinyal üretip, bu sinyaller yükseltilerek hoparlörlere ulaşır. Hemen aşağıdaki şekilde görülen bir mikrofon transdüseri olup beyaz renkte olan piezo kristalidir.Bilim adamları son yıllarda tabana monte edilmiş ayakkabı ile testler yapmaktadır. Aşağıda ki şekilde görünen gibi her adım attığınızda piezo etki gösteren madde elektrik enerjisi üretecek ve yürürken telefonumuzu ya da mp3 çalarımızı şarj edebileceğiz.Kısa bir hesap yapmak gerekirse, her bir adım için 2 miliwatt enerji üretilmektedir. Eğer siz 5bin adım atarsanız (5.000×2 miliwatt= 10.000 miliwatt) yani 10 watt enerji açığa çıkacaktır. Bu da size telefonunuzu 2 saate yetecek kadar şarj edebilme imkânı sunuyor.Şu an geliştirilme aşamasında olan piezoelektrik, bize miliwatt cinsinden enerji üretimi sağladığı için çok da kullanışlı gözükmemektedir. Temiz çevre için büyük önemi bu alternatif enerji umuyoruz ileri de bilim insanları tarafından gündelik hayatta daha kullanışlı bir hale getirilir.

 

Bio Tolgahan SARP

Sakarya Üniversitesi Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bozok Üniversitesi Makina Bölümü