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圧電セラミックは、機械エネルギーと電気エネルギーを変換できる機能的な pzt セラミック材料です。いわゆる圧電効果とは、メディアに機械的な圧力がかかると、たとえ音波振動程度の小さな圧力であっても、圧縮や伸びなどの形状変化が生じ、メディアの表面が帯電するという正の圧電効果のことを指します。逆に、励起電場が印加されると、媒体は機械的変形を引き起こします。これを逆圧電効果と呼びます。
1880 年、フランスのキュリー兄弟は「圧電効果」を発見しました。 1942 年に、最初の圧電セラミック材料であるチタン酸バリウムが米国、旧ソ連、日本で製造されました。 1947年、最初の圧電セラミックデバイスであるチタン酸バリウムピックアップが誕生しました。 1950 年代初頭、チタン酸バリウムよりもはるかに優れた性能を持つ別の圧電セラミック材料であるチタン酸ジルコン酸鉛の開発に成功しました。それ以来、圧電セラミックスの開発は新たな段階に入りました。 1960 年代から 1970 年代にかけて、圧電セラミックスは改良され、ますます完成度が高まりました。例えば、多くの圧電素子によって改良されたチタン酸ジルコン酸鉛の二元系圧電セラミックスや、チタン酸ジルコン酸鉛をベースとした三元系および四元系の圧電セラミックスも登場しました。これらの PZT 材料は、優れた特性、簡単な製造、低コスト、幅広い用途を備えています。
圧電セラミックスの外力を電気エネルギーに変換する特性を利用して、圧電点火器、移動式X線電源、砲弾起爆装置などを製作することができます。通常のフリントの代わりに直径3mm、高さ5mmの圧電セラミック柱を2本使用することで、数万回連続着火可能なガス電子ライターを作ることができます。電気エネルギーを超音波振動に変換する圧電セラミックスは、水中魚の位置や形状の探査、金属の非破壊検査、超音波洗浄、超音波治療などに利用できるほか、プラスチックや金属を加工するための各種超音波カッター、溶接装置、はんだごてなどにも応用できます。
圧電セラミックスは外力に敏感で、10メートル以上離れた空中を飛ぶ昆虫の羽の乱れさえも感知し、極めて微弱な機械振動を電気信号に変換します。この特性を利用して、圧電板結晶はソナーシステム、気象探知、遠隔測定環境保護、家電製品などに使用できます。今日、圧電セラミックスは、国防建設、科学研究、工業生産、人々の生活など、さまざまな分野の科学者によって応用され、情報化時代の多用途な存在となっています。
航空宇宙分野では、圧電セラミックスで作られた圧電ジャイロスコープが宇宙船や宇宙を飛ぶ人工衛星の「舵」となっています。 「舵」、宇宙船、人工衛星によってのみ、私たちはその定位置と針路を保証することができます。従来の機械式ジャイロスコープは、寿命が短く、精度が低く、感度が低いため、宇宙船や衛星システムの要件を満たすことができません。ピエゾセラミックシリンダーチューブは小型で高感度、高信頼性を実現しています。深海に潜る潜水艦にはアンダーウォータースカウトと呼ばれるソナーシステムが装備されています。水中航行、水中通信、敵船の偵察、敵機雷の除去などに不可欠な装備であり、海洋資源の開発にも強力なツールです。魚群の探知、海底地形の探査などが可能です。このソナーシステムには、圧電セラミックス水中音響トランスデューサーが使用されています。水中音響トランスデューサから発せられた音響信号がターゲットに触れると、反射信号が生成され、その反射信号が別の受信水中音響トランスデューサによって受信されるため、ターゲットが発見されます。現在、圧電セラミックは水中音響トランスデューサの製造に最適な材料の 1 つです。
医学では、医師は人体の検査部位に超音波圧電ディスク振動子を当て、通電した超音波を発信して人体の組織に送りエコーを発生させ、そのエコーを受信して蛍光板に表示することで人体の内部状態を把握することができます。産業界では、地質探知機に圧電セラミック素子が組み込まれており、地層の地質状態を判断したり、地下の鉱床を見つけたりするために使用できます。また、テレビのトランスであるセラミックトランスは小型軽量化されており、効率は60％～80％となっています。 30000ボルトの高電圧に耐えることができ、電圧を安定に保ち、テレビ画像のぼやけや変形などの欠点を完全に排除します。現在、海外で生産されているテレビの多くは圧電セラミックトランスを使用しています。 75mm 圧電セラミックトランスを搭載した 15 インチ受像管で十分です。これによりテレビが小型軽量化されます。
圧電セラミックスは日常生活でも広く使用されています。通常のフリントで作られたガス電子ライターの代わりに、直径 3 mm、高さ 5 mm の 2 本の圧電セラミック柱が使用されます。数万回の連続点火が可能です。同じ原理で作られた電子点火銃は、ガスストーブの点火に最適な道具です。圧電セラミック部品で作られた一種の子供用玩具もあります。たとえば、子犬のお腹に圧電セラミックで作られたブザーを取り付けると、リアルで興味深い音が鳴ります。
ハイテクノロジーの発展に伴い、圧電セラミックスの使用範囲はますます広がっていきます。ハイテク分野での使用に加えて、日常生活でも人々に役立ち、人々のより良い生活を創造することに重点を置いています。
