압전 효과
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1. 개요[편집]
Piezoelectricity. 쉽게 말하면, 압력으로 만들어진 전기 및 그 현상. 엄밀히는 기계적 자극으로 일그러지면 분극 현상이 일어나는 것을 의미한다. 프랑스의 과학자인 자크 퀴리, 피에르 퀴리 형제가 발견했으며, 움켜쥐거나 누른다는 뜻의 그리스어 πιέζειν(piezein)에서 따와 피에조 효과라고도 부른다. 이런 성질을 가지는 것들을 압전 소자라 한다. 수정, 로셀염, 티탄산바륨(BaTiO3), 인공세라믹(PZT - 납 티탄산 지르코늄) 등의 물질이 압전 효과를 나타내는데 요즘은 인공 세라믹 재질을 많이 사용하기 때문에 압전 세라믹이라는 용어를 많이 사용한다.
1차 압전 효과와 2차 압전 효과로 나뉘는데, 1차는 물체에 힘을 가하여 순간적으로 전압이 발생하는 것이고, 2차 압전 효과는 전기적인 신호를 가했을 때 물체에 기계적인 변화가 나타나는 것을 말하며 역 압전 효과라고도 한다.
2. 원리[편집]
3. 압전소자의 종류[편집]
피에조 소자라고도 불린다.
4. 사용례[편집]
압전효과는 압력을 감지하는 감지기(센서)로, 역압전효과는 전기신호를 받아 변위를 만드는 액추에이터로 활용된다.
- 딱딱이 : 물리적 압력 혹은 충격을 미세 전류로 바꾸고 그것을 방전시키는 장치. 과거 문방구 앞 뽑기에서 이 압전기가 나온 적이 있었다. 용도에 대해서는 오락실 딱딱이[1] 문서 참조. 이 딱딱이의 원리를 활용해 미세전류 발전의 용도로 사용되곤 하나, 단독 발전용으로는 반복 입력을 필요로 하는 것과 출력이 끊어지듯 불안정하며 세기도 지극히 미미하다는 특징 때문에, 대충 뽑아내도 그나마 밝지 않은 손전등 같은 것에는 쓸 수 있는 열전 소자보다 쓰임새에 제한이 많다. 무엇보다 딱딱이로 쓰는 것보다 값이 훨씬 비싸지며, 소자의 내구성 문제와 낮은 발전 효율도 이것이 마이크로 스케일 발전에 널리 쓰이지 않는 이유로 꼽을 수 있다. 다만 밀리와트-마이크로와트 레벨의 에너지를 수집하는 에너지 하베스팅(Energy harvesting) 분야에서는 많은 관심을 받고 있는 소자이기도 하다.[2]
- 가속도 센서 : 각종 진동의 측정이나, 물체의 거동 측정에 쓰인다. 스마트폰의 화면을 기울이면 가로세로 자동 전환되는것도 달라지는 중력의 방향에 따라 3축 좌표계의 각 축별로 설치된 가속도센서의 전기 신호 표출량의 변화를 읽어서 구현한다.
- 초음파 모터
- 내연기관 인젝터 : 역압전 효과를 이용해 전기를 써서 압력/진동을 일으키는 액추에이터로서도 사용할 수 있다. 엔진에 들어가는 연료 분사 장치에 이 효과를 이용한 것이 있다. 일명 피에조 인젝터라 불리는 것으로 압전 소자를 액추에이터로 만들어 밸브를 제어해 연료를 분사하는 것이다. 보쉬에 따르면 솔레노이드 인젝터에 비해 반응 속도가 5배 빠르고 연료 분사압을 높여 초희박 연소에 기여할 수 있다는 장점이 있으나 단점은 매우 비싸고 고장이 잦다는 것이다.
- 쿼츠 시계
- 픽업(장치)
- 압전 세라믹 드라이버 - 상술된 역압전 효과를 이용한 이어폰용 발음체로, 압전 세라믹에 전기 신호를 고압으로 입력했을 때 진동이 발생하는 것을 이용해 발음체로 사용하는 것이다. 피에조 세라믹 드라이버라고도 한다. 가장 대표적으로 메인보드에 들어가는 비프 스피커가 있다.[3] 특성상 저음 재생에 불리하고 고음 재생에 유리하기 때문에 하이브리드 이어폰의 고음용 발음체로 채용되기도 한다. 2016년 즈음부터 사용되기 시작해서 현재는 피에조 트위터를 사용한 다양한 가격대의 제품들이 출시되어 있다.
- RPG-7 탄두의 충격신관
가까운 미래에 사람을 본딴 기계의 입술이나 성대처럼 미세한 움직임을 보이면서 강한 힘을 받지 않는 근육이 위치하는 부위 등에 쓰일 수 있다.[4]
'눈 깜빡임 정도로도 전기를 만들어내는' 박막 압전소자도 나왔다. 앞으로 의류의 일부를 대체하며 전기를 생산하는 수단으로 쓰일 수 있다. #
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