{"id":53207,"date":"2022-10-11T20:38:48","date_gmt":"2022-10-12T01:38:48","guid":{"rendered":"https:\/\/www.bjultrasonic.com\/piezo-ceramics-reason-to-the-existence-of-piezoelectricity\/"},"modified":"2025-01-21T01:07:28","modified_gmt":"2025-01-21T06:07:28","slug":"piezo-ceramics-reason-to-the-existence-of-piezoelectricity","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.bjultrasonic.com\/de\/piezo-ceramics-reason-to-the-existence-of-piezoelectricity\/","title":{"rendered":"Piezokeramik: Ursprung der Piezoelektrizit\u00e4t"},"content":{"rendered":"

Die Piezoelektrizit\u00e4t, die F\u00e4higkeit bestimmter Materialien, unter mechanischer Belastung eine elektrische Spannung zu erzeugen und umgekehrt, ihre Form unter Einfluss eines elektrischen Feldes zu ver\u00e4ndern, ist ein faszinierendes Ph\u00e4nomen mit weitreichenden Anwendungen. Im Herzen dieses Effekts bei Piezokeramiken liegt ihre einzigartige Kristallstruktur und die darin enthaltene Asymmetrie.<\/p>\n

Kristallstruktur und Asymmetrie<\/h3>\n

Piezokeramiken, wie beispielsweise Blei-Zirkonat-Titanat (PZT), besitzen eine polykristalline Struktur. Im unpolarisierten Zustand sind die elektrischen Dipole innerhalb der einzelnen Kristallite zuf\u00e4llig ausgerichtet, wodurch sich die elektrischen Felder gegenseitig aufheben und makroskopisch keine Piezoelektrizit\u00e4t messbar ist. Die Asymmetrie, die f\u00fcr den piezoelektrischen Effekt unerl\u00e4sslich ist, wird erst durch einen Polarisationsprozess geschaffen.<\/p>\n

Der Polarisationsprozess<\/h3>\n

Dieser Prozess beinhaltet das Anlegen eines starken elektrischen Feldes oberhalb der Curie-Temperatur der Keramik. Die Dipole richten sich entlang des Feldes aus. Nach Abk\u00fchlung unter die Curie-Temperatur bleibt diese Ausrichtung auch ohne \u00e4u\u00dferes Feld erhalten. Die Keramik ist nun polarisiert und zeigt piezoelektrisches Verhalten.<\/p>\n

Direkter und inverser piezoelektrischer Effekt<\/h3>\n

Die Piezoelektrizit\u00e4t \u00e4u\u00dfert sich in zwei Effekten: dem direkten und dem inversen piezoelektrischen Effekt. Beim direkten Effekt erzeugt mechanischer Druck auf die polarisierte Keramik eine elektrische Spannung. Umgekehrt f\u00fchrt beim inversen Effekt das Anlegen einer elektrischen Spannung zu einer Form\u00e4nderung der Keramik. Diese beiden Effekte sind untrennbar miteinander verbunden und beruhen auf der gleichen zugrundeliegenden physikalischen Wechselwirkung.<\/p>\n

Einfluss der Materialzusammensetzung<\/h3>\n

Die St\u00e4rke des piezoelektrischen Effekts h\u00e4ngt stark von der Materialzusammensetzung ab. Durch gezieltes Dotieren und Modifizieren der chemischen Formel lassen sich die piezoelektrischen Eigenschaften optimieren.<\/p>\n\n\n\n\n\n\n\n
Material<\/th>\nPiezoelektrischer Koeffizient (d33) (pC\/N)<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
Quarz<\/td>\n2,3<\/td>\n<\/tr>\n
PZT<\/td>\n200-700<\/td>\n<\/tr>\n
PVDF<\/td>\n20-35<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Anwendungen der Piezokeramik<\/h3>\n

Die Piezoelektrizit\u00e4t von Keramiken findet in einer Vielzahl von Anwendungen Verwendung. Von Sensoren in der Automobilindustrie und Medizintechnik \u00fcber Aktoren in der Ultraschalltechnik (z.B. in Ger\u00e4ten von Beijing Ultrasonic, wenn pr\u00e4zise Ultraschallreinigung ben\u00f6tigt wird) bis hin zu Energiegewinnung \u2013 die M\u00f6glichkeiten scheinen nahezu unbegrenzt.<\/p>\n

Die Piezoelektrizit\u00e4t in Piezokeramiken ist ein komplexes Zusammenspiel von Kristallstruktur, Asymmetrie und Polarisation. Die gezielte Manipulation dieser Faktoren erm\u00f6glicht die Entwicklung von Materialien mit ma\u00dfgeschneiderten piezoelektrischen Eigenschaften, die in immer neuen und innovativen Anwendungen zum Einsatz kommen. Die Forschung und Entwicklung auf diesem Gebiet verspricht auch in Zukunft spannende Fortschritte und die Erschlie\u00dfung weiterer Anwendungsfelder.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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