Piëzo-elektrische kristallen genereren elektriciteit via het fenomeen dat bekend staat als piëzo-elektriciteit, waarbij bepaalde materialen een elektrische lading produceren als reactie op mechanische spanning of druk die erop wordt uitgeoefend. Dit effect is gebaseerd op het vermogen van het kristal om mechanische energie (spanning) om te zetten in elektrische energie (spanning).
Wanneer een piëzo-elektrisch kristal mechanisch wordt vervormd of gecomprimeerd, veroorzaakt dit interne verplaatsing van positieve en negatieve ladingen binnen het kristalrooster. Deze verplaatsing creëert een potentiaalverschil over het kristal, wat resulteert in het genereren van een elektrische spanning. Omgekeerd, wanneer een elektrisch veld over het kristal wordt aangelegd, kan dit mechanische vervorming veroorzaken, wat de bidirectionele aard van piëzo-elektriciteit aantoont.
Piëzo-elektrische materialen vertonen deze eigenschap vanwege hun unieke kristalstructuur, waarbij de ionen asymmetrisch zijn gerangschikt. Door deze asymmetrie kunnen ze een elektrische lading genereren wanneer ze worden blootgesteld aan mechanische spanning of druk. Veel voorkomende piëzo-elektrische materialen zijn onder meer kwarts, Rochelle-zout en verschillende keramische kristallen zoals loodzirkonaattitanaat (PZT), die veel worden gebruikt in sensoren, actuatoren en apparaten voor het oogsten van energie.
Het principe van piëzo-elektriciteit hangt af van het vermogen van het kristal om een elektrische lading te produceren als reactie op uitgeoefende mechanische spanning of druk. Dit fenomeen komt voort uit de polarisatie van het kristal onder mechanische spanning, waarbij de verplaatsing van positieve en negatieve ladingen resulteert in een meetbare spanning over het materiaal. Deze eigenschap maakt piëzo-elektrische materialen waardevol in verschillende toepassingen, waaronder sensoren voor het meten van druk, versnellingsmeters voor het detecteren van trillingen en transducers voor het omzetten van mechanische energie in elektrische signalen.
Elektriciteit wordt geproduceerd door druk in een piëzo-elektrisch apparaat door de directe omzetting van mechanische energie in elektrische energie. Wanneer er druk wordt uitgeoefend op een piëzo-elektrisch kristal, veroorzaakt dit een vervorming of spanning in het kristalrooster, wat leidt tot de verplaatsing van positieve en negatieve ladingen in het materiaal. Deze verplaatsing genereert een elektrisch potentiaalverschil over het kristal, wat resulteert in de stroom van elektrische stroom als een extern circuit wordt aangesloten. Dankzij deze mogelijkheid kunnen piëzo-elektrische apparaten mechanische trillingen, bewegingen of drukschommelingen omzetten in bruikbare elektrische energie, waardoor ze geschikt zijn voor toepassingen zoals het oogsten van energie uit voetstappen, trillingen in machines of akoestische golven in de omgeving.
