Piezoelektrik Özellik Nedir?

Şekilde görüldüğü gibi silindirik piezoelektrik malzeme içerisindeki elektrik dipoller bir elektrik alana maruz kaldığında malzeme içerisindeki dipolü oluşturan elektriksel yükler elektrik alanın sebep olduğu elektrostatik kuvvetler sebebiyle birbirinden uzaklaşacak ya da yakınlaşacaklardır. Dipollerin bu hareketi malzeme geometrisinde şekil değişikliğine sebep olur. Bu olay ters piezoelektrik etki olarak bilinir.

*Elektrik dipol: Eşit yük büyüklüğünde ama farklı işaretlerde ve aralarında belli bir mesafe olan iki parçacığın oluşturduğu sisteme denir.

Piezoelektrik özelliği, belirli malzemelere uygulanan mekanik basınç sonucunda, malzemenin elektrik alan veya elektrik potansiyel değiştirme yeteneğidir. Bu etki, malzemenin içindeki polarizasyon yoğunluğundaki değişmeyle doğrudan alakalıdır. Eğer malzeme kısa devre değilse, uygulanan stress malzemede bir voltaj meydana getirir.
Sürekli klutuplaşmaya sahip bir asimetrik iyonsal kristale basınç uygulanırsa kutuplar arası uzaklık azalır, yüzeyinde yük birikimi artar dolayısıyla iki uç arasında bir gerilim farkı doğar ve bir iletkenle birleştitilirse akım oluşur. Böylece mekanik enerji elektriksel büyüklüğe dönüşür.
Diğer taraftan, aynı kristalin iki ucu arasına bir gerilim uygulanırsa, (-) yükler (+) elektroda, (+) yükler (-) elektroda doğru çekilir, (-) ve (+) yük merkezleri arasındaki uzaklık artar ve bunun sonucunda kristalin boyu büyür. Alanın yönü değişirse aynı işaretli yükler birbirini iter ve kristalin boyu kısalır. Böylece elektriksel etki mekanik büyüklüğe dönüşür. Bu davranışa piezoelektrik özellik denir.
Piezoelektrik özellik kullanılarak mekanik enerjiden voltaj üretimine piezo olayı; voltajdan mekanik titreşim üretimine de ters piezo olayı denir. Ters piezoelektrik yardımıyla bir seramik malzemede önemli ölçüde şekil değişikliği oluşturulabilir. Işte bu özellikler hırsız alarm için ultrasonik ses üreteçleri ve ultrasonik cihazlar, otomatik kapı açıcıları ve uzaktan kumanda araçları gibi çok sayıda özel kullanım için olanak sağlıyor.

Piezo olayını oluşturan kristallerin doğadaki şekliyle kullanılması mümkün değildir. Kristalin merkeze göre kesim yüzeylerinin simetrik olması gerekir çünkü kristallerin kesim şekilleri, oluşturdukları titreşim frekansını ve ürettiği voltajı doğrudan etkiler.
Baryum titanat, kurşun zirkonat titanat ve potasyum sodyum niobat gibi bazı seramikler de piezoelektrik özellik gösterecek yapıdadır. Bu seramikler çok kristalli malzemeler olup, normal porselen seramikler gibi üretilebilir. Bunlara daha sonra yüksek DC voltaj uygulaması ile piezoelektrik özellik kazandırılır.
Piezoelektrik seramikler elektrik dalgalarının mekanik titreşimlere çevrilmesi istenilen elektromanyetik çeviricilerde (transdüserlerde) kullanılır.
Ultrasonik kaynak makinelerinin çalışma prensibinde de ters piezo olayıyla transdüserlerde elektrik enerjisi mekanik enerjiye dönüştürülerek titreşim elde edilir. Tnection ultrasonik kaynak transdüserlerinde yüksek dönüşüm verimliliğine sahip ve seri üretilebilen piezoelektrik seramik malzeme (PZT8) kullanılmıştır. Kullanılan piezoelektrik malzeme kurşun-zirkonyum-titanyum (PZT), orijinal boyutundan %0,1 oranına kadar şekil değiştirebilir. Bu özelliği sayesinde elektronik frekans yaratılması için oldukça kullanışlıdır.