압전성
1. 개요
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
3. 압전소자의 종류
피에조 소자라고도 불린다.
- 딱딱이
- 초음파 모터
- 쿼츠 시계
- 픽업(장치)
- 압전 세라믹 드라이버 - 상술된 역압전효과를 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 있고[1] 특성상 저음 재생에 불리하고 고음 재생에 유리하기 때문에 하이브리드 이어폰의 고음용 발음체로 채용되기도 한다. 2016년 즈음부터 사용되기 시작해서 현재는 몇만원대 저가품부터 백수십만원대 고가품까지 피에조 트위터를 사용한 다양한 가격대의 제품들이 출시되어 있다.
4. 쓰임
전기를 만들어 내는 현상으로 압력을 감지하는 감지기 또는 발전기로 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 펠티어 소자보다 쓰임새에 제한이 많다. 무엇보다 딱딱이로 쓰는 것보다 값이 훨씬 비싸지며, 소자의 내구성 문제와 낮은 발전 효율도 이것이 마크로 스케일 발전에 널리 쓰이지 않는 이유로 꼽을 수 있다. 다만 밀리와트-마이크로와트 레벨의 에너지를 수집하는 에너지 하베스팅 (Energy harvesting)분야에서는 많은 관심을 받고있는 소자이기도 하다.[2]
역압전효과를 이용해 전기를 써서 압력/진동을 일으키는 액츄에이터로서도 기능할 수 있다. 가까운 미래에 사람을 본딴 기계의 입술이나 성대처럼 미세한 움직임을 보이면서 강한 힘을 받지 않는 근육이 위치하는 부위 등에 쓰일 수 있다.[3]
여담으로, 과거 문방구 앞 뽑기에서 이 압전기가 나온 적이 있었다. 용도에 대해서는 오락실 딱딱이 항목 참조.