Piezoelectric Material
کاربرد ناهمسانگردی
پدیده ناهمسانگردی سبب پیدایش خواصی در بلورها میشود که کاربردهای مختلف و مهمی در صنعت دارند. مثلا" اگر بلورهایی مانند کوارتز و یا تورمالین را از دو طرف بکشیم و یا فشار دهیم در جهت عمود بر فشار یا کشش دارای بار الکتریکی مخالف یکدیگر می‌شوند. اگر جهت این فشار یا کشش را عوض کنیم نوع بار الکتریکی تغییر می‌کند، به این پدیده پیزوالکتریک می‌گویند.
گرما در بعضی از بلورها الکتریسته ایجاد می‌کند و سبب میشود یک سوی آنها بار مثبت و سوی مقابل بار منفی بیابد. در نتیجه میان این دو سو اختلاف پتانسیل الکتریکی بوجود می‌آید. همچنین اگر به این بلور جریان الکتریکی متناوب وصل کنیم، بلورها به تناوب منبسط و منقبض می‌شوند و بر اثر ارتعاش ٬ صوت تولید میکنند. از این خاصیت برای تولید صوت ٬ ماورای صوت ٬ نوسانهای الکتریکی ٬ ساختن میکروفونهای بلوری و سوزن گرامافون استفاده میشود
پیکاپ یک وسیله برای دریافت ارتعاشات مغناطیسی هست (چیزی شبیه به میکروفن) که معمولا" برای سازهایی چون گیتار، ویلن و ... استفاده میشه و این ارتعاشات رو به جریانهای ضعیف الکتریکی تبدیل میکنه. پیکاپ های الکترو مغناطیسی همانطور که از نامشون پیداست از خاصیت القای مغناطیسی برای تولید جریان استفاده میکنند. لرزش یک صفحه باعث حرکت یک هست به دور یک سیم پیچ یا برعکس میشه و در نهایت جریان ضیعفی متناسب با لرزش سیم های ساز تولید می شود. امپدانس خروجی این پیکاپ ها معمولا" خیلی بالا و پاسخ فرکانسی نسبتا" معقولی دارند. مشکل بزگ اینها آن است که بسیار تحت تاثیر الفائات مغناطیسی محیط هستند. مثلا" تلویزیون یا لامپ و ... برای همین در مواردی که محیط نویز مغناطیسی دارد از پیکاپ های پیزوالکتریک استفاده میشود. قطعات کریستالی خاصیتی دارند که در اثر فشار و تغییر ضخامت در دو سمت خود ولتاژ های کوچک الکتریکی ایجاد می کنند که چنانچه در مدار بسته ای قرار گیرند می توانند جریان های ضعیفی تولید کنند. از همین خاصیت برای ساخت پیکاپ های پیزوالکتریک استفاده میکنند. این پیکاپ ها نسبت به امواج الکتریکی یا مغناطیسی حساس نیستند. این دسته از پیکاپ ها پاسخ فرکانسی کاملا" متفاوتی با نوع الکترو مغناطیسی مشابه دارند، حتی برخی از نوازندگان اینهارو ترجیح میدند. به هرحال باید به آن عادت کرد. اینکه کدام بهتر است بیشتر به سلیقه مربوط می شود اما در مجموع خروجی پیکاپ های الکترومغناطیسی طبیعی تر می باشد تا پیزوالکتریک.
روشهاي توليد امواج فراصوت
روش پيزو الكتريسيته
تاثير متقابل فشار مكانيكي و نيروي الكتريكي را در يك محيط اثر پيزو الكتريسيته مي‌گويند. بطور مثال بلورهايي وجود دارند كه در اثر فشار مكانيكي ، نيروي الكتريكي توليد مي‌كنند و برعكس ايجاد اختلاف پتانسيل در دو سوي همين بلور و در همين راستا باعث فشردگي و انبساط آنها مي‌شود كه ادامه دادن به اين فشردگي و انبساط باعث نوسان و توليد امواج مي‌شود. مواد (بلورهاي) داراي اين ويژگي را مواد پيزو الكتريك مي‌گويند. اثر پيزو الكتريسيته فقط در بلورهايي كه داراي تقارن مركزي نيستند، وجود دارد. بلور كوارتز از اين دسته مواد است و اولين ماده‌اي بود كه براي ايجاد امواج فراصوت از آن استفاده مي‌شد كه اكنون هم استفاده مي‌شود.
اگر چه مواد متبلور طبيعي كه داراي خاصيت پيزو الكتريسيته باشند، فراوان هستند. ولي در كاربرد امواج فراصوت در پزشكي از كريستالهايي استفاده مي‌شود كه سراميكي بوده و بطور مصنوعي تهيه مي‌شوند. از نمونه اين نوع كريستالها ، مخلوطي از زيركونيت و تيتانيت سرب (Lead zirconat & Lead titanat) است كه به شدت داراي خاصيت پيزوالكتريسيته مي‌باشند. به اين مواد كه واسطه‌اي براي تبديل انرژي الكتريكي به انرژي مكانيكي و بالعكس هستند، مبدل يا تراسديوسر (transuscer) مي‌گويند. يك ترانسديوسر اولتراسونيك بكار مي‌رود كه علامت الكتريكي را به انرژي فراصوت تبديل كند كه به داخل بافت بدن نفوذ و انرژي فراصوت انعكاس يافته را به علامت الكتريكي تبديل كند.
روش مگنتو استريكسيون
اين خاصيت در مواد فرومغناطيس (مواد داراي دو قطبي‌هاي مغناطيسي كوچك بطور خود به خود با دو قطبي‌هاي مجاور خود همخط شوند) تحت تاثير ميدان مغناطيسي بوجود مي‌آيد. مواد مزبور در اين ميدانها تغيير طول مي‌دهند و بسته به فركانس (شمارش زنشهاي كامل موج در يك ثانيه) جريان متناوب به نوسان در مي‌آيند و مي‌توانند امواج فراصوت توليد كنند. اين مواد در پزشكي كاربرد ندارند و شدت امواج توليد شده به اين روش كم است و بيشتر كاربرد آزمايشگاهي دارد.
تحقيقات گسترده نشان داده که مواد پيزو الکتريک داراي کاربردهاي بسيار متنوع و گوناگوني در مهندسي پزشکي هستند. در بدن مشاهده مي شود که بافت زنده انرژي مکانيکي را به سيگنال الکتريکي تبديل کرده و از طريق اعصاب به مغز مي فرستد . از طرفي مسئله تغيير ابعاد يک ماده پيزوالکتريک با قرار گرفتن در ميدان الکتريکي و بالعکس پيدايش بار الکتريکي با اعمال تغيير شکل مکانيکي به آن موقعيت مناسبي را براي طراحي ابزار آلات مفيد در مهندسي پزشکي فراهم کرده است . بنابراين امروزه کاربرد اين مواد به طور گسترده اي در شاخه هاي مختلف تشخيصي، درماني و حتي ساخت اندامهاي مصنوعي مطرح است .