圧電結晶とは何ですか?

2023-06-20

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非常に興味深い種類の結晶があり、それを絞ったり伸ばしたりすると、その両端が異なる電荷を生成します。この効果は圧電効果と呼ばれます。圧電効果を生じさせることができる結晶を圧電結晶と呼びます。水晶(α-クォーツ)は有名な圧電結晶です。一般的な圧電結晶には、閃亜鉛鉱、ホウ砂、トルマリン、マーマタイト、GaAs、チタン酸バリウムおよびその派生結晶、KH2PO4、nakc4h4o6・4H2O (ロジン塩)、砂糖などが含まれます。

圧電結晶は単結晶シリコンに次いで消費量が多い電子材料です。周波数の選択と制御のための電子部品の製造に使用されます。カラーテレビ、エアコン、コンピュータ、DVD、無線通信などの電子情報産業の様々な分野、特に高性能電子機器やデジタル機器に広く使用されています。低腐食トンネル密度圧電結晶は、SMD周波数チップや携帯電話周波数チップの製造に必要な材料です。圧電結晶製品には主に、Z バー、Y バー、厚さスライス、周波数スライスが含まれます。

水晶の圧電効果

結晶によっては、ある方向に外力が加わると内部分極現象が起こり、荷電粒子が相対的に変位し、結晶表面に同じ大きさで逆符号の電荷が発生します。外力がなくなると中立状態に戻ります。結晶にかかる力によって生成される電荷の量は、外力の大きさに比例します。この現象は圧電効果と呼ばれます。逆に、結晶に電場が印加されると、結晶は特定の方向に機械的変形を引き起こします。印加された電界が除去されると、変形は消失します。この現象は逆圧電効果と呼ばれ、電歪効果とも呼ばれます。

P圧電効果の原理

圧電性の理由は結晶構造に関係しています。プラスとマイナスの電荷の重心を押すと、それらは分離して電気双極子を形成し、結晶の特定の方向の両端が異なる電荷を持ちます。

圧電結晶の共通の特徴は、結晶点群(対称型)に対称中心がないことです。

32 点群のうち 21 点群には対称中心がありませんが、点群 432 の結晶には圧電性がないため、20 点群が圧電性を持ちます。