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Effetto Piezoelettrico Ultrasuoni

Effetto piezoelettrico per il lavaggio con ultrasuoni

Si tratta di un fenomeno scoperto nel 1880 dai fratelli Jacques e Pierre Curie su alcuni minerali cristallini, come il quarzo. Esso prende il nome dal greco “piezein” che vuol dire “premere”. Questo effetto ebbe sin da subito numerose applicazioni, ma la principale è la trasformazione o trasduzione di energia elettrica in vibrazione meccanica. In sostanza, generando ai poli degli elementi PZT una tensione sinusoidale, cioè che varia continuamente dal positivo al negativo e viceversa, gli elementi si allungano e si restringono con frequenze molto alte (33.000 Hz nel nostro caso).

Nel settore del lavaggio a ultrasuoni sono necessarie potenze molto elevate. Questo è stato possibile solo grazie alla messa a punto di materiali ceramici speciali ottenuti con la composizione di polveri fini di ossidi metallici. generalmente titanio o zirconio con piombo o bario (PbTiO2 -PbZrO3-BaTiO3), in proporzioni ben definite e poi riscaldate in modo da miscelarsi uniformemente.

Il tutto viene impastato con materiale organico legante ed immesso in stampini con forme diverse per ottenere i vari modelli: dischi, anelli, placche, tubi, ecc. Il materiale viene riscaldato per un tempo determinato, durante il quale le polveri sinterizzano ed assumono una struttura molto compatta. Infine i pezzi raffreddati vengono lavorati meccanicamente per ottenere le dimensioni precise desiderate ed in ultimo sulle facce vengono applicati gli elettrodi (generalmente argento applicato con metallizzazione sottovuoto).

A questo punto si ha un prodotto che, a una temperatura sopra al punto di Curie, ha una semplice struttura cristallina con simmetria cubica e dipoli senza alcuna carica elettrica. Al contrario, appena sotto il punto di Curie, la struttura assume una simmetria tetragonale o romboidale ed i dipoli presentano una carica elettrica.

Effetto Piezoelettrico Ultrasuoni
Effetto Piezoelettrico Ultrasuoni

Successivamente i dipoli carichi, ma disposti casualmente nella struttura reticolare, devono essere orientati nello stesso senso (polarizzati) al fine di ottenere il massimo effetto piezoelettrico. Allora il materiale viene riscaldato fino poco al di sotto del punto di Curie e contemporaneamente viene sottoposto ad un forte campo elettrico per cui i dipoli si orientano nello stesso senso. Quando il campo elettrico viene tolto la maggior parte dei dipoli conserva l’orientamento assunto, cioè l’effetto piezoelettrico al massimo rendimento.

polarizzazione effetto piezoelettrico