압전성

압전(/ˌpiːzo-, ˌpiːzo-, paɪiːzo-, US: /piˌeɪzo-, piˌetzo-, piˌettso-/)^[1]은 가해진 기계적 스트레스에 대응하여 결정, 특정 세라믹, 그리고 생물학적 물질과 같은 특정 고형 물질에 축적되는 전하다.^[2]압전이라는 단어는 압력과 잠열에서 나오는 전기를 의미한다.It is derived from the Greek word πιέζειν; piezein, which means to squeeze or press, and ἤλεκτρον ēlektron, which means amber, an ancient source of electric charge.^[3][4]

압전 효과는 반전 대칭이 없는 결정체 물질에서 기계와 전기 상태 사이의 선형 전기기계적 상호작용에서 기인한다.^[5]압전 효과는 되돌릴 수 있는 과정이다. 압전 효과를 나타내는 재료도 역 압전 효과를 나타내며, 이는 적용된 전기장에서 발생하는 기계적 변형률의 내부 생성이다.예를 들어, 납 지르콘산 티탄산염 결정은 정적 구조가 원래 치수의 약 0.1%만큼 변형될 때 측정 가능한 압전성을 생성한다.반대로, 그러한 동일한 결정들은 외부 전기장을 적용할 때 정적 치수의 약 0.1%를 변화시킬 것이다.역 압전 효과는 초음파 생산에 사용된다.^[6]

프랑스의 물리학자 자크와 피에르 퀴리는 1880년에 압전성을 발견했다.^[7]압전 효과는 음향의 생산과 검출, 압전 잉크젯 프린팅, 고전압 전기의 발생, 전자 장치의 클록 발생기, 마이크로 밸런스, 초음파 노즐 구동, 광학 조립체 중심의 초미세먼지 등 많은 유용한 응용 분야에서 활용되었다.원자의 스케일로 영상을 분해하는 탐침 현미경 스캐닝의 기초가 된다.그것은 전자적으로 증폭된 일부 기타의 픽업과 대부분의 현대적인 전자 드럼에서 트리거로 사용된다.^[8][9]압전 효과는 또한 가스 조리 및 가열 장치, 횃불, 담배 라이터를 점화시키기 위한 스파크를 발생시키는 것과 같은 일상적인 용도를 발견한다.

역사

발견 및 초기 연구

어떤 물질이 온도 변화에 반응하여 전위를 발생시키는 열전 효과는 18세기 중반 칼 리네우스와 프란츠 에이피누스에 의해 연구되었다.이러한 지식을 바탕으로 레네 저스트 하우이와 앙투안 세사르 베크렐은 기계적인 스트레스와 전하의 관계를 주장했지만, 둘 다에 의한 실험은 결론에 이르지 못했다.^[10]

직접 압전 효과의 첫 시연은 1880년 피에르 퀴리와 자크 퀴리 형제에 의해 이루어졌다.^[11]그들은 화력성에 대한 지식과 화력을 발생시켜 결정 행동을 예측하게 한 기초 결정 구조에 대한 이해를 결합시켰고, 토르말린, 석영, 토파즈, 사탕수수 설탕, 로셸 소금(타르트산칼륨 4트라하이드레이트)의 결정체를 사용하여 그 효과를 입증했다.Quartz와 Rochelle 소금은 가장 압전성을 보였다.

그러나 퀴리 부부는 역 피에조 효과를 예측하지 못했다.역효과는 1881년 가브리엘 리프먼에 의해 근본적인 열역학 원리에서 수학적으로 추론되었다.^[12]퀴리 부부는 즉시 역효과를 확인하고,^[13] 압전 결정에서 전기-엘라스토-기계적 변형의 완전한 가역성을 정량적으로 입증하는 데 착수했다.

1898년 피에르와 마리 퀴리에 의해 폴로늄과 라듐이 발견되는 데 있어 중요한 도구였지만, 그 후 수십 년 동안 압전성은 실험실 호기심의 어떤 것으로 남아 있었다.압전성을 나타내는 결정 구조를 탐구하고 정의하기 위해 더 많은 작업이 수행되었다.이는 1910년 볼드마르 보이트의 <레르부흐 데르 크리스탈피식>이 출판되면서 절정에 달했는데,^[14] 이 책은 압전 능력이 있는 20개의 자연 수정 계급을 기술하고, 텐서 분석을 사용하여 압전 상수를 엄격하게 정의했다.

제1차 세계 대전과 전쟁 사이의 해

압전 소자의 첫 번째 실용적 응용은 제1차 세계 대전 중에 처음 개발된 소나였다.1917년 프랑스에서 폴 랜지빈과 그의 동료들은 초음파 잠수함 탐지기를 개발했다.^[15]검출기는 두 개의 강판 사이에 조심스럽게 접착된 얇은 석영 결정으로 만들어진 변환기와 반환된 메아리를 검출할 수 있는 친수체로 구성되었다.변환기에서 고주파 펄스를 방출하고 물체에서 튕겨 나오는 음파의 메아리를 듣는 데 걸리는 시간을 측정함으로써 그 물체까지의 거리를 계산할 수 있다.

음파탐지기에서의 압전 사용과 그 프로젝트의 성공은 압전 장치에 대한 강렬한 개발 관심을 불러일으켰다.그 후 수십 년 동안, 새로운 압전 재료와 그 재료들을 위한 새로운 용도가 탐구되고 개발되었다.

압전 장치들은 많은 들판에서 집을 발견했다.세라믹 축음기 카트리지로 플레이어 디자인을 단순화시켰고, 저렴하고 정확했으며, 레코드 플레이어를 유지하는데 더 저렴하고 쉽게 만들 수 있었다.초음파 변환기의 개발로 유체 및 고형물의 점도와 탄성을 쉽게 측정할 수 있게 되어 재료 연구에 큰 진전이 있었다.초음파 시간영역 반사계(자재를 통해 초음파 펄스를 보내고 불연속으로부터 반사된 부분을 측정하는 것)는 주물 및 석재 물체 내부에서 결함을 발견할 수 있어 구조적 안전성을 향상시킬 수 있다.

제2차 세계 대전과 전후

제2차 세계 대전 동안, 미국, 러시아, 일본의 독립 연구 단체들은 자연 물질보다 몇 배 높은 압전 상수를 보여주는 페로 전기라고 불리는 새로운 종류의 합성 물질을 발견했다.이것은 타이탄산 바륨을 개발하기 위한 강도 높은 연구로 이어졌고, 후에 특정 용도에 대한 특정 성질을 가진 지르콘산 티탄산 물질을 선도했다.

압전 결정의 사용에 대한 중요한 한 예는 벨 전화 연구소에 의해 개발되었다.제1차 세계 대전에 이어 프레데릭 R.공학부의 무선 전화에 종사하는 부족은 광범위한 온도에서 작동되는 결정체인 "AT 컷" 결정체를 개발했다.랙의 크리스털은 이전의 크리스털이 사용되었던 무거운 부속품을 필요로 하지 않아 항공기에서의 사용이 용이했다.이 개발로 연합군은 항공 무전기의 사용을 통해 합동적인 대량 공격을 할 수 있게 되었다.

미국에서 압전 소자와 재료의 개발은 주로 전시의 시작과 수익성 있는 특허 확보의 이익 때문에 개발을 하는 회사들 내에 유지되었다.새로운 재료들이 가장 먼저 개발되었다. 쿼츠 크리스탈은 상업적으로 이용된 최초의 압전 재료였지만, 과학자들은 더 높은 성능의 재료들을 찾았다.재료의 진보와 제조 공정의 성숙에도 불구하고, 미국 시장은 일본만큼 빠르게 성장하지 못했다.많은 새로운 응용 프로그램이 없이, 미국의 압전 산업의 성장은 어려움을 겪었다.

이와는 대조적으로 일본 제조업체들은 그들의 정보를 공유하여 기술 및 제조상의 도전을 신속하게 극복하고 새로운 시장을 창출하였다.일본에서는 이삭 고가(高家)가 개발한 온도 안정 크리스털 컷이 개발됐다.재료 연구에 대한 일본의 노력은 미국 재료에 경쟁력이 있지만 값비싼 특허 제한은 없는 피에조세라믹 소재를 만들었다.일본의 주요 압전 개발에는 라디오와 텔레비전용 피에조세라믹 필터, 전자회로에 직접 연결할 수 있는 피에조 부저와 오디오 변환기, 세라믹 디스크를 압축해 소형 엔진 점화장치와 가스 그릴 라이터에 불꽃을 일으키는 피에조전기 점화기의 새로운 디자인이 포함됐다.공기를 통해 음파를 전달하는 초음파 변환기는 상당 기간 존재했지만 초기 텔레비전 리모컨에서 주로 상업적으로 사용되었다.현재 이러한 변환기는 여러 자동차 모델에 초음파 위치 측정 장치로 탑재되어 운전자가 차로부터 이동 경로에 있을 수 있는 물체까지의 거리를 결정할 수 있도록 돕는다.

메커니즘

압전 효과의 특성은 고체에서 전기 쌍극자 모멘트가 발생하는 것과 밀접한 관련이 있다.후자는 비대칭 충전 환경이 있는 결정 격자 부위의 이온에 대해 유도되거나(BaTiO₃ 및 PZT와 동일) 분자 그룹에 의해 직접 운반될 수 있다(카인당).결정체 단위 셀의 부피당 쌍극자 모멘트를 합산하여 결정체에 대해 쌍극자 밀도 또는 양극화(차원성[C·m/m³])를 쉽게 계산할 수 있다.^[16]모든 쌍극자는 벡터이므로 쌍극자 밀도 P는 벡터장이다.서로 가까운 쌍둥이는 와이스 도메인이라고 불리는 지역에서 정렬되는 경향이 있다.영역은 대개 무작위 방향이지만 일반적으로 높은 온도에서 재료 전체에 강한 전기장을 적용하는 과정인 폴링 프로세스(자기 폴링과 동일하지 않음)를 사용하여 정렬할 수 있다.모든 압전 자재를 폴링할 수 있는 것은 아니다.^[17]

압전 효과에 결정적인 중요성은 기계적 응력을 가할 때 양극화 P의 변화다.이것은 쌍극자 유도 주위의 재구성이나 외부 스트레스의 영향 하에서 분자 쌍극자 모멘트의 방향 전환에 의해 야기될 수 있다.압전력은 그 방향 또는 둘 다의 편광 강도의 변화로 나타날 수 있으며, 세부사항은 1. 결정 내에서 P의 방향, 2. 결정 대칭 및 3. 적용된 기계적 응력에 따라 달라진다.P의 변화는 결정 면에 대한 표면 전하 밀도의 변화로 나타난다. 즉, 대량에서 쌍극자 밀도의 변화로 인해 면들 사이에 확장되는 전기장의 변화로 나타난다.예를 들어 2kN(500lbf)의 정확한 힘을 가한 쿼츠 1cm³ 큐브는 12500V의 전압을 생성할 수 있다.^[18]

압전 재료는 또한 역 압전 효과라고 불리는 반대 효과를 보여주는데, 여기서 전기장을 적용하면 결정의 기계적 변형이 발생한다.

수학적 설명

선형 피에조(Linear piezo)는 의 조합된 효과다.

• 소재의 선형 전기적 거동:

${\displaystyle \mathbf {D} ={\boldsymbol {\barepsilon }\\mathbf {E}\quad \implies \quad D_{i}=\sum _{j}\varepsilon _{ij}\,E_{j}\;}$

where D is the electric flux density^[19][20] (electric displacement), ε is the permittivity (free-body dielectric constant), E is the electric field strength, and ${\displaystyle \nabla \cdot \mathbf {D} =0\,\,,\,\nabla \times \mathbf {E} =\mathbf {0} }$.

• 선형 탄성 재료에 대한 Hoke의 법칙:

${\displaystyle {\boldsymbol{S}={\mathsf{s}\,{\boldsymbol{T}\quad \implies \quads S_{ij}=\sum_{k,l}{ijkl}}\,T_{kl};};}$

여기서 S는 선형화된 변형률이고, s는 단락 조건에서의 적합성, T는 응력 및

${\displaystyle \nabla \cdot {\boldsymbol {T}}=\mathbf {0} \,\,,\,{\boldsymbol {S}}={\frac {\nabla \mathbf {u} +\mathbf {u} \nabla }{2}}}$,

여기서 u는 변위 벡터다.

이를 소위 결합 방정식으로 결합할 수 있으며, 변형률 충전 형태는 다음과 같다.^[21]

${\displaystyle{\begin{정렬}{\boldsymbol{S}}&={\mathsf{s}}\,{\boldsymbol{T}}+{\mathfrak{d}}^{t}\,\mathbf){E}\quad \implies \quad S_{ij}=\sum _{k,l}{s_{ijkl}}\,T_{kl}+\sum _{k}{d_{ijk}^{t}}{D}및 \,E_{k}\\\mathbf, ={\mathfrak{d}}\,{\boldsymbol{T}}+{\boldsymbol{\varepsilon}}D_{나는}=\sum _{j,k}{d_{ij \quad \,\mathbf{E}\quad \implies.k}}),T_{jk}+\sum _{j}\varepsilon _{ij}\,E_{j}\...\end{aigned}}}$

여기서 $d{\displaystyle \mathfrak{}}$ ${\$은(는) 압전 텐서이고 위첨자 t는 전치(transpose)를 나타낸다.$d{\displaystyle \mathfrak{}}$ ${\$의 대칭성 때문에 $d{\displaystyle {}_{}^{}}$ ${\displaystyle i_{}^{}}$ ${\displaystyle {}_{}^{}}$ t${\displaystyle {}_{}^{}}$= ${\displaystyle {}_{}}$ k ${\displaystyle i_{}}$= ${\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle k_{}}$ ${\displaystyle i_{}}$ = d k ${\displaystyle j_{}}$ ${\$

행렬 형식에서,

${\displaystyle {\reasoned}\{{S\}&=\왼쪽[s^{E}\오른쪽]\{T\}+[d^{\mathrm {t} }]\{E\}\\{D\}&=[d]\{{T\}+\왼쪽[\varepsilon ^{T}\오른쪽]\{E\}\...\end{aigned}}$

여기서 [d]는 직접 압전 효과의 행렬이고 [d^t]는 역 압전 효과의 행렬이다.위첨자 E는 0 또는 상수 전기장을 나타내고, 위첨자 T는 0 또는 상수 응력장을 나타내며, 위첨자 t는 행렬의 전위치를 나타낸다.

세 번째 순서 텐서 $d{\displaystyle \mathfrak{}}$ ${\$은(는) 벡터를 대칭 행렬에 매핑한다는$$ 점에 유의하십시오.이 특성을 가진 비동방 회전식 텐더가 없기 때문에 등방성 압전소재가 없다.

4mm(C_4v) 결정 등급의 재료(사면형 PZT 또는 BaTiO와₃ 같은 폴링 피에조 세라믹)와 6mm 결정 등급의 재료에 대한 변형률 충전도 (ANSI IEEE 176)로 작성할 수 있다.

${\displaystyle {\begin{bmatrix}S_{1}\\\S_{2}\\\S_{3}\\S_{4}\\S_{5}\\\S_{6}\end{bmatrix}s_{11}^{E}&s_{12}^{E}&s_{13}^{{13}^{\begin{bmatrix}s}s}}}}}{13}^{{E}}}}}}}^{{}}}}}}}}}}}}}}}}}}^{E}&0&0&0\\s_{21}^{E}&s_{22}^{E}&s_{23}^{E}&0&0&0\\s_{31}^{E}&s_{32}^{E}&s_{33}^{E}&0&0&0\\0&0&0&s_{44}^{E}&0&0\\0&0&0&0&s_{55}^{E}&0\\0&0&0&0&s_{66}^{E}=2\좌측(s_{11}^{E}-s_{12}^{E}\오른쪽)\end{bmatrix}}{\gin{bmatrix}}}}}T_{1}\\T_{2}\\\T_{3}\\T_{4}\\T_{5}\\T_{6}\end{bmatrix}}+{\begin{bmatrix}0&0&d_{31}\\0&0&d_{32}\\0&0&d_{33}\\0&d_{24}&0\\d_{15}&0&0\\0&0&0\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}E_{1}\\E_{2}\\E_{3}\end{bmatrix}}$

${\displaystyle {\begin{bmatrix}D_{1}\\D_{2}\\D_{3}\end{bmatrix}}={\begin{bmatrix}0&0&0&0&d_{15}&0\\0&0&0&d_{24}&0&0\\d_{31}&d_{32}&d_{33}&0&0&0\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}T_{1}\\T_{2}\\\T_{3}\\T_{4}\\T_{5}\\T_{6}\end{bmatrix}}+{\begin{bmatrix}{\varepsilon }_{11}&0&0\\0&{\varepsilon }_{22}&0\\0&0&{\varepsilon }_{33}\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}E_{1}\\E_{2}\\E_{3}\end{bmatrix}}$

여기서 첫 번째 방정식은 역 압전 효과에 대한 관계를 나타내고 후자는 직접 압전 효과에 대한 관계를 나타낸다.^[22]

위의 방정식이 문헌에서 가장 많이 사용되는 형태지만, 표기법에 대한 일부 논평이 필요하다.일반적으로 D와 E는 벡터, 즉 1등급의 카르테시안 텐서, 2등급의 허용률 ε은 카르테시안 텐서다.스트레인과 스트레스 역시 원칙적으로 2등급 텐서다.그러나 관습적으로 스트레인과 스트레스는 모두 대칭적인 텐서이기 때문에 스트레인과 스트레스의 첨자는 11 → 1; 22 → 2; 33 → 3; 23 → 4; 13 → 5; 12 → 6. (다른 관습은 문학에서 다른 작가들에 의해 사용될 수 있다.예를 들어, 12 → 4; 23 → 5; 31 → 6을 대신 사용하는 사람도 있다.)그렇기 때문에 S와 T는 6개의 성분의 "벡터 형태"를 가지고 있는 것으로 보인다.따라서 s는 3위 텐서 대신 6x6 매트릭스로 나타난다.이와 같이 다시 붙여진 표기법은 흔히 Voigt 표기법이라고 불린다.전단 변형률 구성 요소₄ S, S₅, S가₆ 텐서 구성 요소인지 또는 엔지니어링 변형 요소인지 아닌지는 또 다른 문제다.위의 방정식에서, 그것들은 표시된 대로 기록될 준수 매트릭스의 6,6 계수, 즉 2(s^E
₁₁^E
₁₂ - s)에 대한 공학적 변종이어야 한다.엔지니어링 전단 균주는 S₆ = 2S 등과₁₂ 같이 해당 텐서 전단 값의 두 배가 된다.이것은₆₆ 또한 s =을 의미한다.1/G₁₂, 여기서 G는₁₂ 전단 계수다.

총 4개의 압전계수가 있는데, d_ij, e_ij, g_ij, h는_ij 다음과 같이 정의된다.

${\displaystyle {\begin}d_{ij}&=\왼쪽({\frac {\partial D_{i}}{\partial T_{j}}}\오른쪽)^{E}&=\왼쪽({\frac {\partial S_{j}}{\partial E_{i}}\오른쪽)^{T}\\e_{ij}&=\왼쪽({\frac {\partial D_{i}}{\partial S_{j}}\오른쪽)^{E}&=-\왼쪽({\frac {\partial T_{j}}{\partial E_{i}}\오른쪽)^{S}\\g_{ij}&=-\좌({\frac {\partial E_{i}}{\partial T_{j}}\오른쪽)^{D}&=\왼쪽({\frac {\partial S_{j}}{\partial D_{i}}\오른쪽)^{T}\\h_{ij}&=-\좌({\frac {\partial E_{i}}}{\partial S_{j}}\오른쪽)^{D}&=-\왼쪽({\frac {\partial T_{j}}{\partial D_{i}}\오른쪽)^{S}\\\end{aigned}}$

여기서 첫 번째 4개 용어는 직접 압전 효과에 해당하고 두 번째 4개 용어는 역 압전 효과에 해당한다.직접 압전 텐서와 역 압전 텐서의 전치 사이의 평등은 열역학 맥스웰 관계에서 비롯된다.^[23]양극화가 결정장 유도 유형의 압전 결정체에 대해, 정전기 격자 상수 또는 고차 마들룽 상수로부터 압전 계수 d를_ij 계산할 수 있는 형식주의가 고안되었다.^[16]

크리스탈 클래스

32개의 수정 등급 중 21개는 비대칭(대칭 중심은 갖지 않음)이며, 이 중 20개는 직접 압전^[24](입방 등급 432)을 나타낸다.이 중 10개는 극성 결정 계급을 나타내며,^[25] 이는 단위 셀과 연관된 비탄력성 전기 쌍극자 모멘트로 인한 기계적 스트레스 없이 자발적인 양극화를 보이며, 열전성을 나타낸다.쌍극자 모멘트를 외부 전기장을 적용하여 역전시킬 수 있다면 그 물질은 강전이라고 한다.

• 10개의 극성(편광) 결정 등급: 1, 2, m, mm2, 4, 4mm, 3, 3m, 6, 6mm.
• 다른 10개의 압전 크리스털 클래스: 222, 4,422, 42m, 32, 6,622, 62m, 23, 43m.

P load 0이 기계적 하중을 가하지 않고 지탱하는 극성 결정의 경우, 압전 효과는 P의 크기나 방향 또는 둘 모두의 방향을 변경함으로써 저절로 나타난다.

반면에 극성이 아닌 압전 결정의 경우, 0과 다른 양극화 P는 기계적 하중을 가함으로써만 도출된다.그들에게 있어서 스트레스는 P ≠ 0을 갖는 ^[16]비극 결정 등급(P = 0)에서 극성 결정 등급으로 물질을 변형시키는 것을 상상할 수 있다.

자재

많은 재료들이 압전성을 보인다.

결정 물질

• Langasite (LaGaSiO₃₅₁₄) – 쿼츠-아날로그 결정
• GaPO₄(Galium Orthophosphate) – 쿼츠-아날로그 결정
• 리튬 니오베이트(LiNbO₃)
• 탄탈산 리튬(LiTaO₃)
• 쿼츠
• Berlinite (AlPO₄) – 구조적으로 석영과 동일한 희귀 인산염 광물
• 로셸 소금
• Topaz – Topaz의 압전성은 다른 경우 중심대칭인 격자 내 (F,OH)의 주문에 기인할 수 있다. 직교대칭: 직교대칭 bipyrambic bipyramidal.Topaz는 그러한 주문에 기인하는 변칙적인 광학적 특성을 가지고 있다.^[26]
• 투르말린군 광물
• Lead Titanate (PbTiO₃) – 광물 마케도나이트로서 자연에서 발생하지만,^[27][28] 연구와 응용을 위해 합성된다.

도자기

무작위적인 곡식을 가진 세라믹은 압전성을 나타내려면 반드시 철전이어야 한다.^[29]소결 다결정 압전 세라믹에서 비정상적인 곡물 성장(AGG)의 발생은 그러한 시스템에서의 압전 성능에 해로운 영향을 미치므로, AGG를 나타내는 압전체의 미세 구조는 무작위 지향의 미세한 곡물 행렬에서 비정상적으로 큰 곡물 몇 개로 구성되는 경향이 있으므로 피에조세라믹스는 피해야 한다.s. 거시적 압전성은 AlN과 ZnO와 같은 질감 있는 다결정 비페로 전기 압전 물질에서 가능하다.페로브스카이트, 텅스텐동 및 관련 구조의 세라믹 제품군은 압전성을 보인다.

• 지르콘산 티탄산 유도(Lead zirconate titPb[ZrTi_x1-x]O₃, 0 x x ≤ 1) – 오늘날 사용되는 가장 일반적인 압전 세라믹인 PZT로 더 많이 알려져 있다.
• 니오베이트 칼륨(KNBO₃)^[30]
• 텅스테이트 나트륨(NaWO₂₃)
• 바나앤보₂₅₅
• PbKNBO₂₅₁₅
• 산화아연(ZnO) – Wurtzite 구조ZnO의 단일 결정체는 압전(piezoegene)과 화전(pyrogene)인 반면, 임의의 방향의 곡물을 가진 다결정(ceramic) ZnO는 압전(piezoe)이나 화전(火電) 효과를 나타내지 않는다.다결정질 ZnO는 강전기가 아닌 바륨 타이탄산염이나 PZT처럼 폴링할 수 없다.ZnO의 세라믹과 다결정 박막은 모든 개별 곡물의 압전 및 화력 반응이 취소되지 않도록 질감(곡선이 우선 방향)된 경우에만 거시적 압전 및 화력을 나타낼 수 있다.이것은 다결정 박막으로 쉽게 완성된다.^[22]

무연 피에조세라믹스

• 니오베이트 나트륨(K,Na)NbO₃.이 물질은 NKN 또는 KNN이라고도 알려져 있다. 2004년 사이토 야스요시가 이끄는 일본 연구진이 높은 T를_C 포함한 PZT의 성분과 가까운 성질을 가진 니오베이트 나트륨 성분을 발견했다.^[31]이 재료의 특정 구성물은 진동 수준이 증가하면서 높은 기계적 품질 계수(Q_m 900 900)를 유지하는 반면 하드 PZT의 기계적 품질 계수는 그러한 조건에서 저하된다.이러한 사실은 NKN이 압전 변압기와 같은 고출력 공명 애플리케이션의 유망한 대체품이 되게 한다.^[32]
• 비스무트 페라이트(BiFeO₃) – 납 기반 세라믹의 대체 가능성이 높은 후보.
• 니오베이트 나트륨(NaNbO₃)
• 바륨 타이탄산염(BaTiO₃) – 바륨 타이탄산은 압전 세라믹이 최초로 발견된 것이다.
• 비스무트 타이탄산염(BiTiO₄₃₁₂)
• 비스무트 타이탄산나트륨(NaBi(TiO₃))₂

납이 없는 피에조세라믹스의 제작은 환경적 측면과 납에 기반을 둔 상대방의 특성을 복제할 수 있는 능력에서 여러 가지 난제를 제기한다.피에조세라믹의 납 성분을 제거함으로써 인간에 대한 독성의 위험성은 감소하지만, 물질의 채굴과 추출은 환경에 해로울 수 있다.^[33]PZT 대 니오베이트 나트륨(NKN 또는 KNN)의 환경 프로파일을 분석한 결과, 고려된 네 가지 지표(1차 에너지 소비량, 독성학적 발자국, 에코-인디케이터 99, 입출력 업스트림 온실가스 배출)에 걸쳐 KNNN이 실제로 환경에 더 유해한 것으로 나타났다.특히 NBO₂₅ 부품인 KNN에 대한 우려의 대부분은 제조사에 도달하기 전 라이프사이클의 초기 단계에 있다.유해한 영향은 이러한 초기 단계에 집중되기 때문에 영향을 최소화하기 위해 일부 조치를 취할 수 있다.NbO₂₅ 채굴을 통해 댐을 해체하거나 활용 가능한 토양의 비축물을 대체한 후 토지를 원래 형태에 가깝게 반환하는 것은 어떤 추출 사건에도 도움이 되는 것으로 알려져 있다.대기질 영향을 최소화하기 위해서는 어떤 완화 방법이 필요한지 완전히 이해하기 위해 모델링과 시뮬레이션이 여전히 필요하다.납이 없는 피에조세라믹 성분의 추출은 현시점에서 큰 규모로 성장하지 못했으나 초기 분석부터 환경 효과에 관한 한 전문가들은 주의를 당부하고 있다.

납이 없는 피에조세라믹스를 제작하는 것은 납에 기반을 둔 상대방의 성능과 안정성을 유지해야 하는 어려움에 직면해 있다.일반적으로 재료의 온도 안정성을 떨어뜨리는 '폴리모픽 위상 경계(PPB)'를 도입하지 않고 재료에 안정적인 압전 성질을 제공하는 '형상 위상 경계(MPB)'를 만드는 것이 주 제작 과제다.^[34]새로운 위상 경계는 위상 전이 온도가 상온에서 수렴하도록 첨가 농도를 변화시킴으로써 생성된다.MPB의 도입은 압전 성질을 개선하지만 PPB가 도입되면 재료는 온도에 의해 부정적인 영향을 받게 된다.위상 공학을 통해 도입되는 위상 경계 유형, 확산 위상 전환, 영역 공학, 화학 수정 등을 제어하기 위한 연구가 진행 중이다.

III-V 및 II-VI 반도체

압전 전위는 그룹 III-V 및 II-VI 물질과 같이 중심 대칭이 아닌 대량 또는 나노 구조 반도체 결정에서 적용 응력 및 변형 시 이온의 양극화로 인해 생성될 수 있다.이 성질은 아연블렌드와 우르츠아이트 결정구조 모두에 공통적이다.첫₁₄ 번째 순서로, e라고 불리는 아연블렌드에는 변형률의 전단 구성 요소와 결합된 하나의 독립된 압전계수만이 있다.우르츠사이트에는 대신₃₁ e, e₃₃, e의₁₅ 세 가지 독립적인 압전계수가 있다.가장 강력한 압전성이 관측되는 반도체는 우르츠사이트 구조에서 흔히 발견되는 반도체, 즉 GaN, InN, AlN, ZnO(파이조트로닉스 참조)이다.

2006년 이후 극성 반도체에서도 비선형 압전 효과가 강하다는 보고가 잇따르고 있다.^[35]그러한 영향은 적어도 첫 번째 순서의 근사치와 동일한 규모의 순서가 아닐 경우 최소한 중요한 것으로 인식된다.

폴리머

폴리머의 피에조 반응성은 세라믹에 대한 반응만큼 높지 않지만, 폴리머는 세라믹이 가지고 있지 않은 특성을 지니고 있다.지난 수십 년 동안, 무독성 압전 폴리머는 유연성과 더 작은 음향 임피던스 때문에 연구되고 적용되었다.^[36]이러한 물질을 중요하게 만드는 다른 특성으로는 다른 피에조 소재(세라믹 등)에 비해 생체적합성, 생분해성, 저비용, 저전력 소비 등이 있다.^[37]압전 중합체와 무독성 고분자 복합 재료는 물리적 특성이 서로 다르기 때문에 사용할 수 있다.

압전 중합체는 벌크 중합체, 공극 충전 중합체("피조 전극") 및 고분자 복합체로 분류할 수 있다.대량 중합체에 의해 관찰되는 피에조 반응의 대부분은 그것의 분자 구조 때문이다.벌크 폴리머에는 아모르퍼스와 반크리스탈린의 두 종류가 있다.반결정성 고분자의 예로는 폴리비닐리덴 플루오르화(PVDF)와 그 복합체, 폴리아미데스, 파릴렌-C 등이 있다.폴리이미드와 폴리비닐리덴염화물(PVDC)과 같은 비결정성 중합체는 비정형 대량 중합체에 속한다.공극 중합체는 다공성 중합체 필름의 폴링에 의해 유도된 전하로 인해 압전 효과를 나타낸다.전기장 아래에서, 쌍극점을 형성하는 공극 표면에 전하가 형성된다.전기 반응은 이러한 공극의 어떤 변형에도 의해 발생할 수 있다.압전 세라믹 입자를 폴리머 필름에 통합하여 폴리머 합성물에서도 압전 효과를 관찰할 수 있다.폴리머는 폴리머 복합체에 효과적인 재료가 되기 위해 피에조 활성 물질일 필요는 없다.^[37]이 경우 재료는 별도의 피에조 활성 성분을 가진 불활성 매트릭스로 구성될 수 있다.

PVDF는 석영보다 몇 배 더 큰 압전성을 보인다.PVDF에서 관찰된 피에조-반응은 약 20-30pC/N이다.압전 세라믹 납 지르콘산 티탄산염(PZT)보다 5~50배 적은 수치다.^[36][37]PVDF 계열 중합체의 압전 효과(즉, 비닐리덴 불소 공동 폴리 트리플루오로에틸렌)의 열 안정성은 125 °C까지 올라간다.PVDF의 일부 적용은 압력 센서, 친수성 센서, 충격파 센서 등이다.^[36]

이러한 유연성 때문에 압전 복합 재료가 에너지 저장기와 나노 생성기로 제안되어 왔다.2018년에는 PDMS/PZT 나노콤포사이트에서 60% 다공도로 약 17pC/N의 압전반응을 얻을 수 있다는 것이 주 외 연구진에 의해 보고되었다.^[38]2017년 또 다른 PDMS 나노콤포사이트가 보고됐는데, 이 과정에서 BaTiO를₃ PDMS에 통합해 자기동력 생리학적 모니터링을 위한 신축성 있고 투명한 나노제너레이터를 만들었다.^[39]2016년 폴리우레탄 폼에 극성분자가 유입돼 최대 244pC/N의 높은 반응이 보고됐다.^[40]

기타재료

대부분의 물질은 최소한 약한 압전 반응을 보인다.사소한 예로는 수크로스(테이블 설탕), DNA, 세균성 단백질을 포함한 바이러스성 단백질을 들 수 있다.^[41][42]셀룰로오스 섬유라고 불리는 목재 섬유에 기초한 작동기가 보고되었다.^[37]셀룰러 폴리프로필렌에 대한 D33 응답은 약 200 pC/N이다.셀룰러 폴리프로필렌의 일부 용도는 음악 키패드, 마이크, 초음파 기반 초음파 위치 측정 시스템이다.^[36]최근에는 β-글리신 등 단일 아미노산도 다른 생물학적 물질에 비해 높은 압전(178pmV⁻¹)을 보였다.^[43]

적용

현재 압전 소자 응용 시장은 산업과 제조업이 가장 큰 시장으로 자동차 산업이 그 뒤를 잇고 있다.강력한 수요는 정보통신뿐만 아니라 의료기기에서도 발생한다.압전 소자에 대한 전 세계 수요는 2015년에 약 216억 달러로 평가되었다.압전 소자의 최대 소재군은 피에조세라믹스(piezoceramics)이며, 피에조폴리머는 무게가 작고 크기가 작아 가장 빠른 성장을 경험하고 있다.^[44]

압전 결정체는 현재 수많은 방법으로 사용된다.

고전압 및 전원

석영과 같은 일부 물질의 직접 압전성은 수천 볼트의 잠재적 차이를 발생시킬 수 있다.

• 가장 잘 알려진 용도는 전기담배 라이터로, 버튼을 누르면 스프링이 달린 해머가 압전 크리스탈에 부딪혀 작은 스파크 갭을 가로질러 흐르는 충분히 고전압 전류가 발생하여 가스를 가열하고 점화시킨다.가스 난로를 점화하기 위해 사용되는 휴대용 스파커도 같은 방식으로 작동하며, 현재 많은 종류의 가스 버너에는 피에조 기반의 점화 시스템이 내장되어 있다.
• 미국의 DARPA는 군인들의 부츠에 내장된 압전 발전기에 의한 전장 장비에 동력을 공급하려는 시도를 포함하는 에너지 수확이라는 프로젝트에서 유사한 아이디어가 연구되고 있다.그러나 이러한 연관성에 의한 에너지 수확원은 신체에 영향을 미친다.DARPA는 보행 중 신발의 지속적인 충격으로부터 1~2와트를 이용하려는 노력은 신발을 신는 사람이 소비하는 추가적인 에너지로 인한 비현실성과 불편함 때문에 포기했다.다른 에너지 수확 아이디어는 기차역이나 다른 공공 장소에서^[45][46] 인간의 움직임으로부터 에너지를 수확하고, 전기를 발생시키기 위해 댄스 플로어를 개조하는 것을 포함한다.^[47]산업용 기계에서 발생하는 진동은 압전소재로 인해 예비 공급용 배터리를 충전하거나 저전력 마이크로프로세서와 무선 라디오에 전력을 공급할 수 있다.^[48]
• 압전 변압기는 AC 전압 승수의 일종이다.입출력 사이에 자기 결합을 사용하는 기존 변압기와 달리 압전 변압기는 음향 결합을 사용한다.입력 전압은 PZT와 같은 피에조세라믹 물질 바의 짧은 길이에 걸쳐 가해져 역 피에조전 효과에 의해 바에서 교대로 응력을 만들어 바 전체가 진동하게 한다.진동 주파수는 일반적으로 100 킬로헤르츠 ~ 1 MHz 범위에서 블록의 공명 주파수로 선택된다.그런 다음 압전 효과에 의해 바의 다른 부분에서 더 높은 출력 전압이 발생한다.1,000:1 이상의 스텝업 비율이 입증되었다.^{[citation needed]}이 변압기의 또 다른 특징은 공명 주파수 이상으로 작동함으로써 유도 부하로 나타나도록 할 수 있다는 것인데, 이는 제어된 소프트 스타트가 필요한 회로에서 유용하다.^[49]이 장치는 차가운 음극 형광등을 구동하기 위해 DC-AC 인버터에 사용할 수 있다.피에조 변압기는 가장 작은 고전압 공급원 중 하나이다.

센서스

압전 센서의 작동 원리는 힘으로 변형된 물리적인 치수가 감지 소자의 두 반대 면에 작용하는 것이다.센서의 설계에 따라 압전 소자를 적재하기 위한 다른 "모드"를 사용할 수 있다: 종단, 횡단 및 전단.

음향 형태의 압력 변화 감지는 압전 마이크(음파가 압전 물질을 구부리고 전압의 변화를 생성함)와 음향 전기 기타용 압전 픽업과 같은 가장 일반적인 센서 응용이다.기기의 본체에 부착된 피에조 센서를 접촉 마이크라고 한다.

압전 센서는 특히 의료 영상용 초음파 변환기와 산업용 비파괴시험(NDT)에 고주파수 음향과 함께 사용된다.

많은 감지 기법에서 센서는 센서와 작동기 역할을 할 수 있다. 즉, 장치가 이중 용량에서 작동할 때 흔히 변환기라는 용어가 선호되지만, 대부분의 피에조 장치는 사용 여부와 상관없이 가역성의 특성을 갖는다.예를 들어 초음파 변환기는 초음파를 체내에 주입해 반환된 파동을 받아 전기 신호(전압)로 변환할 수 있다.대부분의 의료용 초음파 변환기는 압전이다.

위에 언급한 것 외에 다양한 센서 및 변환기 애플리케이션에는 다음이 포함된다.

• 압전소자는 음파 탐지와 발생에도 사용된다.
• 압전소재는 단일축과 이중축 틸트 센싱에 사용된다.^[51]
• 고출력 애플리케이션(예: 의료, 소노케미스트리 및 산업 처리)에서의 전력 모니터링.
• 압전 마이크로 밸런스는 매우 민감한 화학 및 생물학적 센서로 사용된다.
• 피에조는 스트레인 게이지에 가끔 사용된다.
• 압전 변환기는 Huygens Probe의 관통계 계측기에 사용되었다.
• 압전 변환기는 전자 드럼 패드에 사용되어 드러머의 스틱의 충격을 감지하고, 의료용 가속도술에서 근육의 움직임을 감지한다.
• 자동차 엔진 관리 시스템은 압전 변환기를 사용하여 특정 헤르츠 주파수에서 폭발이라고도 알려진 엔진 노크(Knock Sensor, KS)를 감지한다.압전 변환기는 또한 엔진 부하를 결정하기 위해 다지관 절대 압력(MAP 센서)을 측정하기 위해 연료 분사 시스템에도 사용되며, 궁극적으로 연료 인젝터 정시 밀리초 이내에 연료를 주입한다.
• 초음파 피에조 센서는 음향 방출 시험에서 음향 방출을 검출하는 데 사용된다.
• 압전 변환기는 통과 시간 초음파 유량계에 사용할 수 있다.

액츄에이터

매우 높은 전기장은 결정 폭의 미세한 변화에 대응하므로, 이 폭은 µm 이상의 정밀도로 변경할 수 있으며, 피에조 결정이 작동기에 사용되는 물체를 매우 정확하게 위치시키는 데 가장 중요한 도구가 된다.^[52]다층 세라믹은 100µm보다 얇은 층을 사용하여 전압이 150V 미만인 높은 전기장에 도달할 수 있다.이 세라믹은 직접 피에조 액츄에이터와 증폭된 압전 액츄에이터의 두 가지 종류의 액츄에이터 안에서 사용된다.다이렉트 액추에이터의 스트로크가 일반적으로 100µm 미만인 반면 증폭된 피에조 액추에이터는 밀리미터 스트로크에 이를 수 있다.

• 확성기: 전압은 금속 격막의 기계적인 움직임으로 변환된다.
• 초음파 세척은 보통 압전소자를 사용하여 액체에서 강렬한 음파를 생성한다.
• 압전 모터: 압전 소자는 차축에 방향력을 작용하여 차축이 회전하게 한다.피에조 모터는 관련 거리가 매우 작기 때문에 스테퍼 모터의 고정밀 대체품으로 간주된다.
• 압전 소자는 레이저 미러 정렬에 사용할 수 있으며, 미세한 거리에서 큰 질량(미러 마운트)을 이동하는 능력을 이용해 일부 레이저 미러를 전자적으로 정렬할 수 있다.거울 사이의 거리를 정밀하게 제어함으로써 레이저 전자장치는 레이저 캐비티 내부의 광학적 상태를 정확하게 유지하여 빔 출력을 최적화할 수 있다.
• 관련 애플리케이션은 압전 소자에 의해 발생하는 결정의 음파로부터 빛을 분산시키는 장치인 음향-광학 변조기이다.이것은 레이저의 주파수를 미세 조정하는데 유용하다.
• 원자력 현미경과 스캐닝 터널링 현미경은 감지 바늘을 시료에 가깝게 유지하기 위해 역 압전성을 사용한다.^[53]
• 잉크젯 프린터:많은 잉크젯 프린터에서 압전 결정은 잉크젯 프린트 헤드에서 용지로 잉크를 배출하는 데 사용된다.
• 디젤 엔진:고성능 커먼 레일 디젤 엔진은 보다 일반적인 솔레노이드 밸브 장치 대신 로버트 보쉬 GmbH가 처음 개발한 압전 연료 인젝터를 사용한다.
• 증폭 액추에이터를 사용한 능동 진동 컨트롤
• X선 셔터.
• 적외선 카메라에 사용되는 마이크로 스캐닝의 XY 단계.
• 강한 방사선이나 자력이 전기 모터를 차단하는 활성 CT 및 MRI 스캐너 내부에서 환자를 정확하게 이동하십시오.^[54]
• 크리스탈 이어피스는 때때로 구형 또는 저출력 라디오에서 사용된다.
• 국소 가열 또는 국소 공동화를 위한 고강도 초점 초음파는 예를 들어 환자의 신체 또는 산업 화학 공정에서 달성될 수 있다.
• 새로 고침 가능한 점자 디스플레이.레버를 움직이는 전류를 적용하여 개별 점자세포를 올려 작은 결정체를 확대한다.
• 압전 작동기.기계장치나 시스템을 이동시키고 제어하기 위한 전압을 적용하여 단일 결정 또는 다수의 결정체를 확장한다.^[52]
• 압전식 액추에이터는 하드 디스크 드라이브에서 미세한 서보 위치 지정에 사용된다.^[55][56]

주파수 표준

쿼츠의 압전적 특성은 주파수의 표준으로 유용하다.

• 쿼츠 시계는 직접 및 역 피에조전율을 조합하여 시간을 표시하는 데 사용되는 규칙적으로 타이밍이 정해진 일련의 전기 펄스를 생성하는 쿼츠 결정으로 만들어진 크리스털 오실레이터를 사용한다.석영 결정(탄성 물질과 마찬가지로)은 진동을 선호하는 (모양과 크기에 의해 야기되는) 정밀하게 정의된 자연 주파수를 가지고 있으며, 이것은 결정체에 인가되는 주기 전압의 주파수를 안정시키는 데 사용된다.
• 일부 무선 송신기와 수신기, 그리고 그것이 클럭 펄스를 생성하는 컴퓨터에서도 동일한 원리가 사용된다.이 두 가지 모두 일반적으로 주파수 승수를 사용하여 기가헤르츠 범위에 도달한다.

압전 모터

압전 모터의 종류에는 다음이 포함된다.

• 반사식 카메라의 자동 포커스에 사용되는 초음파 모터
• 선형 운동을 위한 인치웜 모터
• 고출력 밀도(2.5W/cm³) 및 속도가 10nm/s에서 800mm/s에 이르는 직사각형 4사분원 모터.
• 스틱-슬립 효과를 이용한 피에조 모터 스테핑.

스테핑 스틱 슬립 모터 외에도, 이 모든 모터들은 동일한 원리에 따라 작동한다.위상 차이가 90°인 이중 직교 진동 모드에 의해 구동되는 두 표면 사이의 접촉점은 타원 경로로 진동하여 표면 사이에 마찰력을 발생시킨다.보통 한 표면이 고정되어 다른 표면이 움직이게 된다.대부분의 압전 모터에서 압전 결정체는 모터의 공명 주파수에서 사인파 신호에 의해 흥분된다.공명 효과를 이용하면 훨씬 낮은 전압을 사용하여 높은 진동 진폭을 생성할 수 있다.

스틱슬립 모터는 질량의 관성과 클램프의 마찰을 이용하여 작동한다.그러한 모터는 매우 작을 수 있다.일부는 카메라 센서의 변위에 사용되기 때문에 흔들림 방지 기능이 가능하다.

진동 및 소음 감소

여러 연구팀이 피에조 원소를 재료에 부착해 재료의 진동을 줄이는 방법을 연구해 왔다.재료가 한 방향으로 진동에 의해 휘어지면 진동저감계통은 굴곡에 반응하여 피에조 소자에 전력을 보내 다른 방향으로 휘어지게 된다.이 기술의 향후 적용은 자동차와 주택에서 소음을 줄일 것으로 예상된다.조개껍질이나 판과 같은 유연한 구조물에 대한 추가 적용도 거의 30년 동안 연구되어 왔다.

2005년 11월 프랑크푸르트에서 열린 Material Vision Fair에서 독일 TU Darmstadt의 한 팀은 고무 망치로 맞은 여러 장의 패널을 보여주었고, 피에조 원소를 단 패널은 즉시 그네를 멈췄다.

압전 세라믹 섬유 기술은 일부 헤드 테니스 라켓에 전자 댐핑 시스템으로 사용되고 있다.^[57]

모든 피에조 변환기는 기본적인 공명 주파수와 많은 조화 주파수를 가지고 있다.피에조 구동 Drop-On-Demand 유체 시스템은 피에조 구조의 추가 진동에 민감하며, 이 진동을 줄이거나 제거해야 한다.한 잉크젯 회사인 하우텍은 유리(강체) 잉크젯 노즐을 테프젤(소프트) 잉크젯 노즐로 대체함으로써 이 문제를 해결했다.이 참신한 아이디어는 단일 노즐 잉크젯을 대중화시켰으며, 현재 3D 잉크젯 프린터에 사용되고 있는데, 이 프린터는 내부 청결을 유지하고 과열되지 않으면 몇 년 동안 작동된다(Tefzel은 매우 높은 온도에서 압력을 받아 기어간다).

불임치료

이전의 총수정 실패자에서는 난모세포의 압전 활성화와 함께 내성 정자주사(ICSI)가 수정 결과를 향상시키는 것으로 보인다.^[58]

수술

파이조스수술^[59] 파이조스수술은 최소한의 침습적 기법으로, 이웃 조직에 거의 손상을 주지 않고 대상 조직을 절단하는 것을 목표로 하고 있다.예를 들어, Hoigne 등.^[60]25–29 kHz 범위의 주파수를 사용하여 60–210 μm의 마이크로바이버를 발생시킨다.신경혈관조직 등 연조직이 잘리지 않고 광물화 조직을 절단할 수 있어 혈액이 없는 수술 부위가 유지되고 시야가 좋아지며 정밀도가 높아진다.^[61]

잠재적 응용 프로그램

2015년, 캠브리지 대학의 연구원들은 압전 물질의 박막을 사용하여 국립 물리 실험실 및 캠브리지에 본사를 둔 유전 안테나 회사 Antenova Ltd의 연구자들과 함께 작업한 결과, 이러한 물질들은 특정 주파수에서 효율적인 공명기뿐만 아니라 효율적인 방사기가 된다는 것을 발견했다.잠재적으로 안테나로서 사용될 수 있다는 것을 닝.연구자들은 압전 박막을 비대칭적 흥분으로 유도함으로써 시스템의 대칭성이 유사하게 깨져 전기장의 상응하는 대칭이 깨지고 전자기 방사선이 발생한다는 사실을 밝혀냈다.^[62][63]

보행자로부터 운동 에너지를 얻기 위해 압전 기술을 거시적으로 적용하려는 시도가 여러 차례 나타났다^[64][65].

이 경우, 에너지 수확 효율의 최적화를 위해 교통량이 많은 지역을 찾는 것은 물론, 타일 포장의 방향은 수확된 에너지의 총량에 상당한 영향을 미친다.^[66]단위 시간당 보행자 횡단 횟수를 기준으로 고려된 면적의 압전 전력 수집 잠재력을 정성적으로 평가하기 위해 밀도 흐름 평가를 권고한다.^[67]X. Li의 연구에서는 호주 시드니 맥쿼리 대학교의 중앙 허브 빌딩에 상업용 압전 에너지 저장기의 잠재적 적용에 대해 검토하고 논의한다.압전 타일 전개 최적화는 보행자 이동 빈도에 따라 제시되며, 보행자 이동성이 가장 높은 전체 바닥 면적의 3.1%를 압전 타일로 포장한 모델이 개발된다.모델링 결과에 따르면, 제안된 최적화된 타일 포장 모델의 총 연간 에너지 수확 잠재력은 1.1 MW h/년으로 추정되며, 이는 건물의 연간 에너지 수요의 0.5%에 근접할 정도로 충분하다.^[67]이스라엘에는 복잡한 고속도로 아래에 압전소재를 설치한 회사가 있다.생성된 에너지는 충분하며 가로등, 광고판, 표지판에 전력을 공급한다.^{[citation needed]}

타이어 회사 굿이어는 압전소재가 안쪽에 정렬된 전기를 생산하는 타이어를 개발할 계획이다.타이어가 움직이면 변형이 일어나 전기가 발생한다.^[68]

압전소재를 함유한 하이브리드 태양광 셀의 효율은 주변 소음이나 진동 발생원 근처에 배치하는 것만으로 높일 수 있다.그 효과는 산화아연 나노튜브를 이용한 유기세포로 입증되었다.압전 효과 자체에 의해 발생하는 전기는 전체 출력의 무시할 수 있는 비율이다.75데시벨의 낮은 소음 수준은 효율을 최대 50%까지 향상시켰다.효율은 나노튜브의 공명 주파수인 10kHz로 정점을 찍었다.진동하는 나노튜브에 의해 설정된 전기장은 유기 고분자 층에서 이동하는 전자와 상호작용을 한다.이 과정은 전자가 전자를 수용하는 ZnO층으로 이동하는 대신 전자가 에너지를 공급받지만 다시 구멍으로 정착하는 재조합의 가능성을 감소시킨다.^[69][70]

참고 항목

• 충전 증폭기
• 일렉트로트
• 전자부품
• 전착
• 유동성
• 자기 자극
• 광전 효과
• 압전 스피커
• 피에졸루민 발광
• 피에조모자기학
• 피에조리스틱 효과
• 피에조수르식
• 쿼츠 크리스털 마이크로밸런스
• 소노믹크로메트리
• 표면 음향파
• 트리볼루민 발광

참조

추가 읽기

• EN 50324(2002) 세라믹 소재 및 부품의 압전 특성(3개 부품)
• 압전성에 관한 ANSI-IEE 176(1987)
• 압전 진동자를 위한 IEEE 177(1976) 표준 정의 및 측정 방법
• IEC 444 (1973) pi-network에서 0상 기법에 의한 석영 결정 장치의 공진 freq & equiv 시리즈 저항 측정을 위한 기본 방법
• 최대 30MHz 범위에서 작동하는 압전 진동자에 대한 IEC 302(1969) 표준 정의 및 측정 방법

외부 링크

위키미디어 커먼스는 피에조전기와 관련된 미디어를 보유하고 있다.

• Gautschi, Gustav H. (2002). Piezoelectric Sensorics. Springer. ISBN 978-3-540-42259-4.
• 압전 셀룰러 폴리머 필름: 제작, 특성 및 용도
• 신경 신호 기록을 위한 피에조 모터 기반 마이크로 드라이브
• 새로운 압전재료에 관한 연구
• 피에조 방정식
• 의료 설계의 피에조
• 압전 영상 시연
• DoITPoMS 교육 및 학습 패키지 – 압전 재료
• PiezoMat.org – 압전 재료, 그 특성 및 용도에 대한 온라인 데이터베이스
• 피에조 모터 유형
• 피에조-이론 & 애플리케이션