#materiałmiesiąca | „Kto ostatni ten gapa”
fot. Pixabay
Za oknem zima, więc w wyobraźni pojawiają się piękne widoki zaśnieżonych stoków, grzanego wina popijanego w schronisku i opalonych na twarzy narciarskich gogli. Jednak wiadomo, kto ostatni na dole ten gapa, więc trzeba się zaopatrzyć w dobry sprzęt przed wyjazdem i nie zostawać w tyle. Będzie to możliwe dzięki styczniowemu #materiałmiesiąca, czyli piezoelektrykowi, zainspirowany chęciami zimowych wojaży, które niestety z wiadomych przyczyn nie mogą się odbyć.
Piezoelektryk to materiał, który pod wpływem obciążenia np. nacisku wytwarza pole elektryczne oraz odwrotnie zamienia energię elektryczną w mechaniczną. W teorii brzmi bardzo prosto, jednak nie każdy materiał wykazuje takie właściwości. Musi mieć on specjalny skład chemiczny, uporządkowaną strukturę, a jego kryształ ma nie wykazywać środka symetrii. Cechy te wykazuje przede wszystkim jeden z działów ceramiki, którego przedstawicielami są BaTiO3, PbMg1/3Nb2/3O3, a w szczególności miękka i twarda ceramika PZT (cyrkoniano - tytanian ołowiu). Można je otrzymywać w różnej formie, wykorzystując normalne metody wytwarzania stosowane do ceramiki np. odlewanie. Słabe właściwości wykazują także materiały pochodzenia naturalnego np. niektóre drewna, jedwab czy wiskoza oraz silniejsze -tworzywa sztuczne.
W praktyce ceramiczne materiały piezoelektryczne znalazły szereg zastosowań, przede wszystkim jako różnego rodzaju czujniki np. akustyczne. Jednak na początku artykułu nie bez powodu została przedstawiona wizja zimowego szaleństwa. Tego typu materiały wykorzystywane są w nowoczesnych nartach. Jednym z głównych czynników ograniczających prędkość zjazdu jest wiatr, tarcie oraz wibracje powstające na nartach. Jak na ruch mas powietrza nie mamy jak wpłynąć, to na zmniejszenie wibracji zmieniających się wraz z ze zmianą warunków jazdy już tak. Element zrobiony z ceramiki piezoelektrycznej umiejscowiony z przodu i tyłu narty pod wpływem obciążenia spowodowanego wibracjami i odkształceniami generuje pole elektryczne, które poprzez rezystor przekazywany jest do warstwy grafenowo-karbonowej, który zmienia swoją sztywność pod wpływem tego impulsu. W ten sposób narta dostosowuje się do zmieniających się warunków na drodze zapewniając lepszą stabilność i płynność jazdy. Pewnie jesteście ciekawi ile kosztuje i jak dostępny jest zestaw takich nart? Na szczęście dla amatorów nowoczesnych technologii materiałowych można je kupić od ręki, a ceny oscylują koło 4 tys. zł. Nie jest to tania zabawka, ale na pewno nie będziecie ostatni na dole.
Literatura:
- Wykłady „Materiały Inteligentne” prof. dr hab. inż. Waldemar Kaszuwara, Wydział Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej, semestr zimowy rok akademicki 2019/2020
- Zjawisko piezoelektryczne - http://www.gdp.pwr.edu.pl
- head.com/pl
Koło naukowe WAKANS
Artykuł z cyklu "Materiał miesiąca"