Fields of Research |
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Übt man auf definierte Flächen eines bestimmten
Kristalls mechanischen Druck aus, so tritt ein elektrisches Potential auf.
1880 entdeckte Pierre Curie zusammen mit sein Bruder Jacques dieses Phänomen
bei Quarz und Rochellesalz und nannten es piezoelektrischen Effekt (griechisch:
piezein = drücken). Piezoelektrische Effekte beobachtet man bei verschiedenen
kristallinen Substanzen. Die Tabelle zeigt eine Aufstellung der technisch
verwendeten piezoelektrischen Werkstoffe.
Der piezoelektrische Effekt wird durch die Verschiebung von Ionen in Kristallen mit nichtsymmetrischen Einheitszellen verursacht. Beim Zusammenpressen (a.) verschieben sich, wie unten dargestellt, die Ionen (b.) in jeder Einheitszelle und verursachen damit eine Verschiebung der Ladungsschwerpunkte von negativer und positiver Ladung relativ zueinander (c.). Dies führt zu einer elektrischen Polarisation. Aufgrund der regelmäßigen kristallinen Struktur verstärken sich diese Effekte und erzeugen so eine elektrische Potentialdifferenz zwischen einzelnen Flächen des Kristalls (d.). Der in der Tabelle aufgeführte piezoelektrische Koeffizient
ergibt sich aus dem Verhältnis von mechanischer Energie zu elektrischer
Energie, die beide durch den piezoelektrischen Effekt miteinander korreliert
sind. Materialien mit großen piezoelektrischen Koeffizienten eignen
sich hervorragend zur Herstellung elektronischer Bauteile. Für hochstabile
Resonatoren wird wegen der großen thermischen Stabilität hingegen
bevorzugt Quarz ( AT-
und BT-Schnitt ) verwendet, auch wenn dessen piezoelektrischer Koeffizient
gering ist. Daneben findet häufig Lithiumniobat und Zinkoxid Verwendung
in der Resonatortechnik.
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