분야
hwp1. 압전 세라믹스(piezoelectric ceramic)란?
-압전 세라믹이란 압력에 의해 전기에너지가 발생하고, 역으로 전기에너지에 의해 기계적인 진동이 발생하는 세라믹을 말하며 전자를 압전효과, 후자를 역압전 효 과라고 한다.
압전 세라믹스는 압력이 가해졌을 때 전압을 발생하고, 전계가 가해졌을 때 기계 적인 변형 이 일어나는 소자로서 기계적인 진동에너지를 전기에너지로, 전기에너 지를 기계적인 진동에너지로 상호 변환이 가능하며 변환효율이 매우 높은 재료이 다.
진동을 전기적인 에너지로 변환할 수 있는 원리를 이용해 가속도 센서 등으로 응 용하고, 가청영역의 소리를 전기에너지와 상호 변환할 수 있는 원리를 이용해 레 코드 디스크의 픽 업, 마이크로 폰, 스피커, 버저 등의 소자로 이용된다.
또한 초음파를 투과하고 받을 수 있으므로 초음파 센서의 프루브(Probe), 어군 탐지기 등으로 사용된다.
외부로부터 힘이나 압력을 받으면 고전압 스파크를 발생시킬 수 있어 가스 기기 의 ignitor와 압전 변압기에 응용 된다. 기타 응용제품으로는 세라믹 필터, delay line, 초음파 세척기, 초음파 가공기, 초음 파 용착기, 초음파 가습기 등 여러 방 면에서 활용되고 있다.
2. 특징과 응용
① 특징
-압전 세라믹스는 고온에서 소결한 다결정의 강유전체이다. 소성후 그림 1(a)과 같은 상태이지만, 이대로는 압전성을 나타내지 않는다. 그 이유는 결정 내의 전기 쌍극자가 각각 따로따로여서 전체로서 그 총합이 0이 되기 때문이다. 마 치 영구 자석을 만드는 경우와 유사하다. 그러므로 압전성을 갖게 하기 위해서 그림 1(b)와 같이 수 kV/㎜ 의 직류 강전계를 가해 전기 쌍극자를 일정한 방 향으로 정돈할 필요가 있다. 이 처리를 분극 처리라고 한다. 분극 처리를 행한 후 그림 1(c)와 같이 되며, 직류 강전계를 제거해도 쌍극자 모멘트는 남기 때 문에 큰 압전성을 나타낸다. 이로 인해 다음 특징을 얻을 수 있다.
(1) 전기 기계 변화 효율이 높다. 즉 전기 에너지가 기계적 에너지(진동)로의 변환이 원활히 행해진다.(반대도 가능).
(2) 재료의 조성에 의해 광범위한 주파수에 대응한 것을 만들 수 있으며, 각종 형태를 비교적 자유롭게 만든다.
