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L'EFFETTO PIEZOELETTRICO

Un oggetto si può dire piezoelettrico se presenta questo fenomeno fisico: ad un allungamento corrisponde una variazione di tensione sulle due facce opposte, ad es. la tensione misurata sui poli aumenta proporzionalmente all' allungamento. Nel caso contrario ad un restringimento corrisponde una diminuizione proporzionale della tensione fino a diventare negativa.

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Questo fenomeno è stato scoperto nel 1880 dai fratelli Jacques e Pierre Curie su alcuni minerali cristallini, come ad es. il quarzo, e dal greco "piezein" fu chiamato PIEZOELETTRICO. Moltissime furono subito le applicazioni di questo effetto, ma quella che a noi più interessa è la trasformazione (trasduzione) di energia elettrica in vibrazione meccanica. Infatti generando ai poli degli elementi PZT una tensione sinuosidale, cioè che varia continuamente dal positivo al negativo e viceversa, gli elementi si allungano e si restringono con frequenze molto alte (33.000 Hz nel ns. caso).

Come già detto in altro capitolo, nel settore ns. del lavaggio sono necessarie potenze molto elevate e solo con materiali molto speciali ottenuti con la combinazione di polveri fini di ossidi metallici, generalmente titanio o zirconio con piombo o bario (PbTiO2 -PbZrO3-BaTiO3) , in proporzioni bene codificate e poi riscaldate in modo da miscelarsi uniformemente.

Il tutto viene impastato con materiale organico legante ed immesso in stampini con forme diverse per ottenere i vari modelli: dischi, anelli, placche, tubi, ecc. Il materiale viene riscaldato per un tempo determinato, durante il quale le polveri sinterizzano ed assumono una struttura molto compatta. Infine i pezzi raffreddati vengono lavorati meccanicamente per ottenere le dimensioni precise desiderate ed in ultimo sulle facce vengono applicati gli elettrodi (generalmente argento applicato con metallizzazione sottovuoto).

A questo punto si ha un prodotto che alla temperatura sopra al punto di Curie ha una semplice struttura cristallina con simmetria cubica e dipoli senza alcuna carica elettrica, mentre appena sotto il punto di Curie la struttura assume una simmetria tetragonale o romboidale ed i dipoli presentano una carica elettrica.

strttura

A questo punto i dipoli carichi, ma disposti casualmente nella struttura reticolare, devono essere orientati nello stesso senso (polarizzati) al fine di ottenere il massimo rendimento piezo-elettrico. Allora il materiale viene riscaldato fino poco al di sotto del punto di Curie e contemporaneamente viene sottoposto ad un forte campo elettrico per cui i dipoli si orientano nello stesso senso. Quando il campo viene tolto la maggior parte dei dipoli conserva l' orientamento assunto, cioè il materiale mantiene la polarizzazione.

polarizzazione

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