분야
hwp어떤 결정에 압력을 가했을 때 전위차(전압)가 발생되고 또 이들의 물질에 반대로 전위차(전압)가 인가되면 물리적 변위가 생기는 원리를 이용한 물질
암전소자란 압전기(壓電氣) 현상을 나타내는 소자로 조건에 따라 두 가지 결정구조를 가질 수 있다. 이 두 종류의 결정구조의 특정방향 길이가 다르다. 따라서 압력을 가하면 이 조건에 안정한 구조로 변한다. 그리고 전압을 특정 방향에 인가하여도 구조를 바꿀 수 있다. 따라서 압력을 전압으로 바꿀 수가 있으며, 반대로 전기신호로 그 물질을 진동시킬 수가 있다.
수정, 전기석, 로셸염 등이 일찍부터 압전소자로서 이용되었으며, 근래에 개발된 티탄산바륨, 인산이수소암모늄, 타르타르산에틸렌디아민 등의 인공결정도 압전성이 뛰어나다고 알려져 있다.
2. 압전 소자의 원리
결정 구조를 가진 소재 중에는 분자구조상 혹은 결정 격자 구조상 전기쌍극자를 가진 물질이 있다. 자연계의 대부분의 물질은 전체적으로 양의 전하량과 음의 전하량이 같기 때문에 전기적으로 중성을 띄지만 그러나 결정구조의 단위로 볼 때는 양의 전하와 음의 전화의 위치가 약간 어긋나 있어 원자나 분자 단위에서 그 주변에 전기장을 형성시키는 경우가 있는데 이를 쌍극자라고 한다.
전기쌍극자를 가진 재료에 물리적인 외부응력을 주었을 때에는 결정을 구성하는 분자 간 혹은 이온 간 상태변화가 발생한다. 재료가 휨을 받으면 결정 구조가 찌그러지면서 전기쌍극자의 크기의 변화를 일으켜 주변의 전기장이 바뀌게 되는 것이다. 이와 같은 원리를 통해 압전소자에 연결된 전기회로에는 양 또는 음의 전기가 발생하며 또한 이와 반대로 압전소자 회로에 전기를 가하면 외부의 전기적 인력 혹은 척력에 읭해 전기쌍극자가 변화하게 되는데 이는 궁극적으로 압전소자의 물리적인 변형을 불러오게 되면서 역안접현과를 낸다.
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(1차 압전효과를 도식화 한 모습)
3. 응용사례
1)진동을 이용한 분사법을 사용하는 프린터 (엡손)
이 방식을 간략히 설명하면 전기적 신호에 의해 피에조 소자가 진동을 해서 잉크를 노즐 밖으로 밀어내는 원리로 인쇄를 한다. 피에조는 전류가 흐르는 시간을 제어해 잉크의 양을 조절하는 것이 가능해 비교적 큰 노즐을 가지고 있지만, 다양한 크기의 잉크방울을 생성할 수 있기 때문에 미세한 표현이 필요하면 작은 방울을, 넓은 면적을 칠할 때는 큰 방울을 한번에 칠할 수 있어 그래픽 출력에 장점을 보인다.
2)피에조 픽업
