Efectul piezoelectric este o proprietate unică a anumitor cristale în care acestea vor genera un câmp electric sau curent dacă sunt supuse la stres fizic. Același efect poate fi observat și în sens invers, unde un câmp electric impus asupra cristalului va pune stres asupra structurii acestuia. Efectul piezoelectric este esențial pentru traductoare, care sunt componente electrice utilizate într-o mare varietate de aplicații de senzori și circuite. În ciuda versatilității fenomenului pentru aplicații în dispozitive electro-mecanice, a fost descoperit în 1880, dar nu și-a găsit o utilizare pe scară largă decât după aproximativ jumătate de secol. Tipurile de structuri cristaline care prezintă efect piezoelectric includ cuarțul, topazul și sarea Rochelle, care este un tip de sare de potasiu cu formula chimică KNaC4H4O6 4H2O.
Pierre Curie, care este renumit pentru câștigarea Premiului Nobel pentru fizică în 1903 pentru cercetarea radiațiilor împreună cu soția sa Marie, este creditat că a descoperit efectul piezoelectric împreună cu fratele său Jacques Curie în 1880. Frații nu au descoperit la acea vreme efectul piezoelectric invers. , cu toate acestea, unde electricitatea deformează cristalele. Gabriel Lippmann, un fizician franco-luxemburgez, este creditat cu descoperirea efectului invers în anul următor, care a dus la inventarea sa a electrometrului Lippmann în 1883, un dispozitiv aflat în centrul funcționării primei aparate de electrocardiografie experimentală (ECG).
Efectele piezoelectrice au proprietatea unică de a dezvolta adesea mii de volți de diferență de potențial de energie electrică cu niveluri de curent foarte scăzute. Acest lucru face chiar și micile cristale piezoelectrice obiecte utile pentru generarea de scântei în echipamentele de aprindere, cum ar fi cuptoarele cu gaz. Alte utilizări comune pentru cristalele piezoelectrice includ controlul mișcărilor precise în microscoape, imprimante și ceasuri electronice.
Procesul prin care are loc efectul piezoelectric se bazează pe structura fundamentală a rețelei cristaline. Cristalele au, în general, un echilibru de sarcină în care sarcinile negative și pozitive se anulează precis reciproc de-a lungul planurilor rigide ale rețelei cristaline. Când acest echilibru de sarcină este perturbat prin aplicarea unui stres fizic asupra unui cristal, energia este transferată de purtătorii de sarcină electrică, creând un curent în cristal. Cu efectul piezoelectric invers, aplicarea unui câmp electric extern cristalului va dezechilibra starea de încărcare neutră, ceea ce duce la stres mecanic și o ușoară reajustare a structurii rețelei.
Începând cu 2011, efectul piezoelectric a fost monopolizat pe scară largă și folosit în orice, de la ceasuri de cuarț la aprinderi pentru încălzitoare de apă, grătare portabile și chiar unele brichete de mână. La imprimantele de calculator, cristalele minuscule sunt folosite la duzele jeturilor de cerneală pentru a bloca fluxul de cerneală. Când le este aplicat un curent, ele se deformează, permițând cernelii să curgă pe hârtie în volume atent controlate pentru a produce text și imagini.
Efectul piezoelectric poate fi, de asemenea, folosit pentru a genera sunet pentru difuzoarele miniaturale din ceasuri și în traductoarele sonice pentru a măsura distanțe dintre obiecte, cum ar fi pentru dispozitivele de căutare a stâlpilor din domeniul construcțiilor. Traductoarele cu ultrasunete se bazează, de asemenea, pe cristale piezoelectrice, precum și pe multe microfoane. Din 2011, ei folosesc cristale din titanat de bariu, titanat de plumb sau zirconat de plumb, care produc tensiuni mai mici decât sarea Rochelle, care a fost cristalul standard în formele timpurii ale acestor tehnologii.
Una dintre cele mai avansate forme de tehnologie pentru a valorifica efectul piezoelectric din 2011 este cea a microscopului de scanare cu tunel (STM), care este utilizat pentru a examina vizual structura atomilor și a moleculelor mici. STM este un instrument fundamental în domeniul nanotehnologiei. Cristalele piezoelectrice utilizate în STM-uri sunt capabile să genereze mișcare măsurabilă la scara de doar câțiva nanometri sau miliarde de metru.