Der Piezo-Effekt

1880 entdeckten Jacques und Pierre Curie, dass Quarzkristalle sich bei Deformation unter mechanischer Beanspruchung auf Prismenflächen elektrisch positiv und negativ aufladen. Dieses Verhalten wurde von ihnen piezoelektrischer Effekt genannt.

Die Umkehrung dieses Effekts wird als inverser Piezo-Effekt bezeichnet, d.h. die gleichen Materialien ändern unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes ihre Abmessungen.

Oberhalb einer bestimmten Temperatur der sogenannten Curie-Temperatur besitzen solche Materialien eine kubische Elementarzelle mit Symmetriezentrum. Die Schwerpunkte der positiven und negativen Ladungen liegen im Zentrum der Elementarzelle des Kristalls. Die Materialien sind paraelektrisch. Es ist kein piezoelektrischer Effekt feststellbar.

Unterhalb der Curie-Temperatur erfolgt eine spontane Polarisation. Die spontane Polarisation wird durch eine Verschiebung der Ionen der Elementarzelle verursacht, wodurch das Symmetriezentrum verloren geht. Die Ladungsschwerpunkte der positiven und negativen Ladungen liegen nicht mehr im Zentrum der Elementarzelle des Kristalls. Die Elementarzelle besitzt einen elektrischen Dipol. Erst durch einen Polarisationsprozess erhalten die Keramiken ihre für die Industrie wichtigen piezoelektrischen Eigenschaften. Hierbei werden die Keramiken einem starken elektrischen Feld ausgesetzt.

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