材料物理-压电ppt
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压电材料最终版资料课件
5ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
二、压电材料的分类
无机压电材料
有机压电材料
压电材料
换能器
6
1.无机压电材料
• 压电晶体：当你对晶体挤压或拉伸时，它的两端就会
产生不同的电荷。这种效应被称为压电效应。能产生压电
效应的晶体就叫压电晶体。 压电晶体一般指压电 单晶体，是指按晶体空间点阵长程有序生 长而成的晶体。这种晶体结构无对称中心， 因此具有压电性。如水晶（石英晶体）、 镓酸锂、锗酸锂、锗酸钛以及铁晶体管铌 酸锂、钽酸锂等。水晶（α-石英）是一种有名的压 电晶体。
一、配料：进行料前处理，除杂去潮，然后按配方比例称量各种原材料，
注意少量的添加剂要放在大料的中间。
二、混合磨细:目的是将各种原料混匀磨细,为预烧进行完全的固相反应准
备条件.一般采取干磨或湿磨的方法。小批量可采取干磨，大批量可采取搅 拌球磨或气流粉碎的方法，效率较高。
三、预 烧：目的是在高温下,各原料进行固相反应,合成压电陶瓷.此道工序
31
压电陶瓷-高聚物复合材料
• 无机压电陶瓷和有机高分子树脂构成的压 电复合材料，兼备无机和有机压电材料的 性能，并能产生两相都没有的特性。因此， 可以根据需要，综合二相材料的优点，制 作良好性能的换能器和传感器。它的接收 灵敏度很高，比普通压电陶瓷更适合于水 声换能器。
32
28
为了克服这种影响，人们更改了传统的掺杂工艺， 使细晶粒压电陶瓷压电效应增加到与粗晶粒压电 陶瓷相当的水平。现在制作细晶粒材料的成本已 可与普通陶瓷竞争了。近年来，人们用细晶粒压 电陶瓷进行了切割研磨研究，并制作出了一些高 频换能器、微制动器及薄型蜂鸣器（瓷片20-30um 厚），证明了细晶粒压电陶瓷的优越性。随着纳 米技术的发展，细晶粒压电陶瓷材料研究和应用 开发仍是近期的热点。
二、压电材料的分类
无机压电材料
有机压电材料
压电材料
换能器
6
1.无机压电材料
• 压电晶体：当你对晶体挤压或拉伸时，它的两端就会
产生不同的电荷。这种效应被称为压电效应。能产生压电
效应的晶体就叫压电晶体。 压电晶体一般指压电 单晶体，是指按晶体空间点阵长程有序生 长而成的晶体。这种晶体结构无对称中心， 因此具有压电性。如水晶（石英晶体）、 镓酸锂、锗酸锂、锗酸钛以及铁晶体管铌 酸锂、钽酸锂等。水晶（α-石英）是一种有名的压 电晶体。
一、配料：进行料前处理，除杂去潮，然后按配方比例称量各种原材料，
注意少量的添加剂要放在大料的中间。
二、混合磨细:目的是将各种原料混匀磨细,为预烧进行完全的固相反应准
备条件.一般采取干磨或湿磨的方法。小批量可采取干磨，大批量可采取搅 拌球磨或气流粉碎的方法，效率较高。
三、预 烧：目的是在高温下,各原料进行固相反应,合成压电陶瓷.此道工序
31
压电陶瓷-高聚物复合材料
• 无机压电陶瓷和有机高分子树脂构成的压 电复合材料，兼备无机和有机压电材料的 性能，并能产生两相都没有的特性。因此， 可以根据需要，综合二相材料的优点，制 作良好性能的换能器和传感器。它的接收 灵敏度很高，比普通压电陶瓷更适合于水 声换能器。
32
28
为了克服这种影响，人们更改了传统的掺杂工艺， 使细晶粒压电陶瓷压电效应增加到与粗晶粒压电 陶瓷相当的水平。现在制作细晶粒材料的成本已 可与普通陶瓷竞争了。近年来，人们用细晶粒压 电陶瓷进行了切割研磨研究，并制作出了一些高 频换能器、微制动器及薄型蜂鸣器（瓷片20-30um 厚），证明了细晶粒压电陶瓷的优越性。随着纳 米技术的发展，细晶粒压电陶瓷材料研究和应用 开发仍是近期的热点。
压电原理及材料PPT课件
压电传感器的测量转换电路
电荷放大器的输出电压仅与输入电荷和反馈 电容有关，电缆长度等因素的影响很小：
q uo Cf
电荷放大器能将压电传感器输出的电荷转换 为电压（q/U转换器），但并无放大电荷的作 用，只是一种习惯叫法。
2019/4/4 37
四通道电荷放大器外形
.
2019/4/4
38
上图所示的四通道电荷放大器指标
2019/4/4
实际电荷源
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并联输出型压电元件可以等效为电荷源。 压电效应产生的电荷量很小，达到pA 级电流。因 此在接成电荷输出型测量电路时，也要求前置放大 器不仅有足够的放大倍数，而且还需要有极高的输 入阻抗。
2019/4/4
35
2019/4/4
电 荷 源 测 量 电 路
（ 电 荷 放 大 器 36 ）
（一）石英晶体
天然形成的石英晶体外形
六角形晶柱
天然形成的石英晶体外形（续）
石英晶体切片及封装
石英晶体薄片
双面镀银并封装
石英晶体振荡器（晶振）
晶振
石英晶体在振荡电路中 工作时，压电效应与逆 压电效应交替作用，从 而产生稳定的振荡输出 频率。
• 石英晶体的特性与其内部分子结构有关。下图是一 个单元组体中构成石英晶体的硅离子和氧离子，在 垂直于z轴的xy平面上的投影，等效为一个正六边形 排列。 • 定性分析： 当石英晶体未受外力作用时，正、负离子正好分布 在正六边形的顶角上，形成三个互成120°夹角的 电偶极矩，且三个电偶极矩的矢量和为0。
2019/4/4
32
第二节 压电传感器的测量转换电路
等效电路： 压电器件从功能上讲，是一个电荷发生器；
压电器件从性质上讲，是一个有源电容器。
(完整PPT)第六章铁电性能和压电性能_材料物理(1)
结晶化学分类法： 软铁电体 硬铁电体
含氢键的晶体（KDP、RS）和双氧化物晶体（BT、PT、LN） 按极化轴数目分类：
单轴铁电体（RS、KDP、LN）和多轴铁电体（BT） 按原型相有无对称中心分类：
压电性铁电体（KDP、RS）和非压电性铁电体（BT） 按铁电相变时原子运动特点分类：
有序－无序型相变的（RS）和位移型相变的（BT、PT、LN） 按居里－外斯常数C的大小分类：
二、BaTiO3自发极化的微观机理 1. BaTiO3的晶体结构
有氧八面体 骨 架 的 ABO3 晶格
BaTiO3的晶体结构
钙钛矿结构
2. BaTiO3的相变
顺电态
Tc 居里温度
铁电态
120°C
5°C
-80°C
立方晶系 四方晶系 斜方晶系
菱形结构
无自发极化 自发极化沿c轴 自发极化沿 自发极化沿
Ps－饱和极化强度 Pr－剩余极化强度（remanent
polarization） Ec－矫顽场强（corcive field）
~2KV/cm －~120KV/cm
按照Ec大小可将铁电体分为： 软铁电体－小Ec 硬铁电体－大Ec
电滞回线是铁电体的重要物理特征之一，也是判别铁电性的 一个重要判据。
3. 铁电体的分类
如: 在钙钛矿结构中，自发极 化起因于[BO6]中中心离子的 位移
[BO6]氧八面体
2. 铁电体的概念
铁电体是在一定温度范围内具有自发极化（必要条件） ，并且极化方向可随外加电场做可逆转动的晶体。
铁电体一定是极性晶体，但自发极化转动的晶体仅发生在某些特殊结 构晶体当中，在自发极化转向时，结构不发生大的畸变。
质
加电场E 成正比。
含氢键的晶体（KDP、RS）和双氧化物晶体（BT、PT、LN） 按极化轴数目分类：
单轴铁电体（RS、KDP、LN）和多轴铁电体（BT） 按原型相有无对称中心分类：
压电性铁电体（KDP、RS）和非压电性铁电体（BT） 按铁电相变时原子运动特点分类：
有序－无序型相变的（RS）和位移型相变的（BT、PT、LN） 按居里－外斯常数C的大小分类：
二、BaTiO3自发极化的微观机理 1. BaTiO3的晶体结构
有氧八面体 骨 架 的 ABO3 晶格
BaTiO3的晶体结构
钙钛矿结构
2. BaTiO3的相变
顺电态
Tc 居里温度
铁电态
120°C
5°C
-80°C
立方晶系 四方晶系 斜方晶系
菱形结构
无自发极化 自发极化沿c轴 自发极化沿 自发极化沿
Ps－饱和极化强度 Pr－剩余极化强度（remanent
polarization） Ec－矫顽场强（corcive field）
~2KV/cm －~120KV/cm
按照Ec大小可将铁电体分为： 软铁电体－小Ec 硬铁电体－大Ec
电滞回线是铁电体的重要物理特征之一，也是判别铁电性的 一个重要判据。
3. 铁电体的分类
如: 在钙钛矿结构中，自发极 化起因于[BO6]中中心离子的 位移
[BO6]氧八面体
2. 铁电体的概念
铁电体是在一定温度范围内具有自发极化（必要条件） ，并且极化方向可随外加电场做可逆转动的晶体。
铁电体一定是极性晶体，但自发极化转动的晶体仅发生在某些特殊结 构晶体当中，在自发极化转向时，结构不发生大的畸变。
质
加电场E 成正比。
《压电材料》课件
水热法
总结词
水热法制备的压电材料具有较高的取向度和结晶度，但需要高温高压的条件。
详细描述
水热法是一种在高温高压条件下制备压电材料的方法。首先，将原料放入密封的容器中，加入适量的 水，然后通过具有较高的取向度和 结晶度，但需要高温高压的条件，对设备要求较高。
要求较高。
04
压电材料的发展趋势与展望
高性能压电材料的研发
高性能压电材料是当前研究的热 点，旨在提高压电常数、机电耦 合系数和居里点温度等关键性能
参数。
研究方向包括通过元素掺杂、纳 米结构设计、多相复合等手段优 化材料组成和结构，提高压电性
能。
高性能压电材料在超声成像、传 感器、驱动器等领域具有广泛的
压电陶瓷传感器用于检测汽车发动机的燃烧压力和气瓶压力，确保发动机和气瓶的 安全运行。
压电陶瓷传感器还可以用于检测汽车轮胎胎压，提高驾驶安全性和燃油经济性。
压电陶瓷传感器在汽车制动系统中也有应用，用于检测制动盘的振动和温度，确保 制动系统的稳定性和安全性。
压电复合材料在智能结构中的应用
压电复合材料可以用于智能结构 的振动控制和监测，提高结构的
机械耦合系数
描述压电材料在机械能和电能之间转换效率的参数。高的机械耦合系数意味着高 效的能量转换。
温度稳定性
居里温度
某些压电材料在达到居里温度时会失去压电效应。居里温度 的高低是衡量温度稳定性的重要指标。
热膨胀系数
描述材料在温度变化时尺寸变化的参数。低的热膨胀系数有 助于提高温度稳定性。
环境稳定性
利用压电材料的特性，可以制作各种 医疗器械，如超声波探头、心电图机 等。
军事领域
利用压电材料的特性，可以制作各种 军事设备，如声呐、引信等。
《压电材料》课件
《压电材料》PPT课件
压电材料是一种具有压电效应的功能材料，通过施加压力或电场可以使其产 生电荷分离，具有广泛的应用领域。
压电材料的定义和原理
压电材料是一类具有压电效应的物质，当外界施加力或电场时，会引发内部 正负电荷的分离，从而产生电位差。这一原理被广泛应用于压电传感器和压 电致动器。
压电材料的应用领域
压电传感器
压电传感器将物理压力转化为电信号，广泛应用 于测量和控制系统中，如重力加速度传感器和压 力传感器。
压电致动器
压电致动器通过外界电场施加力，使压电材料发 生形变，用于控制和操作系统，如喷墨打印机和 精密定位系统。
压电材料的发展历程和现状
1
发现压电效应
压电效应于1880年被瑞士学者皮埃尔·居里夫妇首次发现，引起了科学界的极大 关注。
缺点 形状复杂度低，脆性较高 工艺复杂度高，成本较高
设备要求高，成本较高
对压电材料未来发展方向进行讨论
1 新材料研究
研究发现并开发新的压 电材料，以提高性能和 拓展应用领域。
2 纳米技术应用
将纳米技术应用于压电 材料制备和调控，以获 得更好的性能和控制能 力。
3 可持续发展
从环境友好和可持续发 展的角度研究和开发压 电材料。
总结压电材料的应用前景及相关领域的 能源、通 信和电子设备等领域具有广 阔的应用前景，可以提供更 高的性能和功能。
挑战
压电材料的制备和性能提升 仍面临技术挑战，包括成本 控制、稳定性和耐久性等方 面。
机遇
随着科学研究和技术进步， 压电材料的机遇将不断增加， 为各行业提供创新的解决方 案。
2
技术应用
压电材料的应用从传感器和致动器扩展到超声波成像、能量收集和生物医学器械 等领域。
压电材料是一种具有压电效应的功能材料，通过施加压力或电场可以使其产 生电荷分离，具有广泛的应用领域。
压电材料的定义和原理
压电材料是一类具有压电效应的物质，当外界施加力或电场时，会引发内部 正负电荷的分离，从而产生电位差。这一原理被广泛应用于压电传感器和压 电致动器。
压电材料的应用领域
压电传感器
压电传感器将物理压力转化为电信号，广泛应用 于测量和控制系统中，如重力加速度传感器和压 力传感器。
压电致动器
压电致动器通过外界电场施加力，使压电材料发 生形变，用于控制和操作系统，如喷墨打印机和 精密定位系统。
压电材料的发展历程和现状
1
发现压电效应
压电效应于1880年被瑞士学者皮埃尔·居里夫妇首次发现，引起了科学界的极大 关注。
缺点 形状复杂度低，脆性较高 工艺复杂度高，成本较高
设备要求高，成本较高
对压电材料未来发展方向进行讨论
1 新材料研究
研究发现并开发新的压 电材料，以提高性能和 拓展应用领域。
2 纳米技术应用
将纳米技术应用于压电 材料制备和调控，以获 得更好的性能和控制能 力。
3 可持续发展
从环境友好和可持续发 展的角度研究和开发压 电材料。
总结压电材料的应用前景及相关领域的 能源、通 信和电子设备等领域具有广 阔的应用前景，可以提供更 高的性能和功能。
挑战
压电材料的制备和性能提升 仍面临技术挑战，包括成本 控制、稳定性和耐久性等方 面。
机遇
随着科学研究和技术进步， 压电材料的机遇将不断增加， 为各行业提供创新的解决方 案。
2
技术应用
压电材料的应用从传感器和致动器扩展到超声波成像、能量收集和生物医学器械 等领域。
材料物理 压电陶瓷.ppt
N31 fsl1
l1越小，fs越大
2019/10/25
27
逆压电效应使压电材料产生形变，形变又会产生
电信号，如果压电元件上加上交流信号，当交流电信
号的频率与元件（振子）的固有振动频率fT相等时， 便产生谐振。振动时晶格形变产生内摩擦，而损耗一
11
z
o
x
y
x
z z
b
o
o
y
x
cy
a
(a)
(b)
(c)
(a) 晶体外形； (b) 切割方向； (c) 晶片
2019/10/25
12
石英晶体
石英（SiO2）是一种具有良好压电特性的压电晶体。 其介电常数和压电系数的温度稳定性相当好，在常温范 围内这两个参数几乎不随温度变化，如下两图。
由图可见，在20℃～200℃范围内，温度每升高1℃， 压电系数仅减少0.016％。但是当到573℃时，它完全失 去了压电特性，这就是它的居里点。
2019/10/25
25
机械品质因素Qm
谐 振 时 振 子 储 存 的 机 械能
Qm 2 每 一 谐 振 周 期 振 子 所 消耗 的 机 械 能
表示在振动转换时，材料内部能量损耗的程度； Qm全面越高，能量损耗就越小； 产生的原因是存在内摩擦。
2019/10/25
26
频率常数N
对特定的陶瓷材料，其压电振子的谐振频率 和振子方向长度的乘积是一常数，称为频率常 数。由材料的性质决定,而与尺寸因素无关。
• 陶瓷压电材料 优点：抗酸碱，机电耦合系数高，易制程任意形状。 缺点：温度系数大，需高压极化处理(kV/mm)。
• 高分子压电材料 优点：低声学阻抗特性，柔软可做极薄的组件。 缺点：压电参数小，需极高的极化电场(MV/mm)
l1越小，fs越大
2019/10/25
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逆压电效应使压电材料产生形变，形变又会产生
电信号，如果压电元件上加上交流信号，当交流电信
号的频率与元件（振子）的固有振动频率fT相等时， 便产生谐振。振动时晶格形变产生内摩擦，而损耗一
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z
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a
(a)
(b)
(c)
(a) 晶体外形； (b) 切割方向； (c) 晶片
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石英晶体
石英（SiO2）是一种具有良好压电特性的压电晶体。 其介电常数和压电系数的温度稳定性相当好，在常温范 围内这两个参数几乎不随温度变化，如下两图。
由图可见，在20℃～200℃范围内，温度每升高1℃， 压电系数仅减少0.016％。但是当到573℃时，它完全失 去了压电特性，这就是它的居里点。
2019/10/25
25
机械品质因素Qm
谐 振 时 振 子 储 存 的 机 械能
Qm 2 每 一 谐 振 周 期 振 子 所 消耗 的 机 械 能
表示在振动转换时，材料内部能量损耗的程度； Qm全面越高，能量损耗就越小； 产生的原因是存在内摩擦。
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26
频率常数N
对特定的陶瓷材料，其压电振子的谐振频率 和振子方向长度的乘积是一常数，称为频率常 数。由材料的性质决定,而与尺寸因素无关。
• 陶瓷压电材料 优点：抗酸碱，机电耦合系数高，易制程任意形状。 缺点：温度系数大，需高压极化处理(kV/mm)。
• 高分子压电材料 优点：低声学阻抗特性，柔软可做极薄的组件。 缺点：压电参数小，需极高的极化电场(MV/mm)
【大学课件】压电材料PPT
ppt课件
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一、电子导电陶瓷
电子导电陶瓷是依靠加热 或以其他方法启动后，产 生自由电子，在外加电场 的作用下，进行导电的一 种陶瓷材料。
电子导电陶瓷不仅是良好 的电热材料，也是磁流体 发电机优先考虑使用的电 极材料。
ppt课件
8
二、离子导电陶瓷
离子导电陶瓷是一种像电 解质溶液或电解质熔融体， 具有高离子导电性的固体 陶瓷材料，又称作离子导 体。
=11&f_SUB_ID=3022&f_ART_ID=221675 2009-11-13 新闻速报 中广新闻／陈映竹 /news/newsshow.asp?FDocNo=1510&CL =63 科学人杂志网 撰文╱李名扬
ppt课件
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15
肆、文献
.tw/NSC_INDEX/Journal/EJ0001/990 2/9902-10.pdf
科学发展2010年2月，446 苏明德 嘉义大学应用化学系 /mag/campus/storypage.jsp?f_MAIN_ID
此外，半导体陶瓷还可以做成各种电子组件。例 如，钛酸钡陶瓷可以用于定温发热体、温度检测 组件等。
ppt课件
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贰、压电材料新星－环保铁酸铋
目前最好的压电材料是使用钛酸铅（PbTiO3）和 锆酸铅（PbZrO3）混合制成的复合材料，通电时 形变程度最多可达20%，但铅具有毒性，制程相 当麻烦。
交通大学材料科学与工程学系助理教授朱英豪与 国外团队合作，研发出通电后形变程度也可达 20%的无毒单一压电材料「铁酸铋」，这项研究 刊载于2009年11月13日的《科学》。
【精品课件】材料物理压电陶瓷
材料物理
第五章 压电陶瓷
5.1 压电陶瓷的压电效应及应用
压电陶瓷属于铁电体一类的物质，是人工制造的多 晶压电材料，它具有类似铁磁材料磁畴结构的电畴结构。 电畴是分子自发形成的区域，它有一定的极化方向，从 而存在一定的电场。在无外电场作用时，各个电畴在晶 体上杂乱分布，它们的极化效应被相互抵消，因此原始 的压电陶瓷内极化强度为零，见图（a）。
压电陶瓷
石英晶体化学式为SiO2，是单晶体结构。图（a）表示了天然 结构的石英晶体外形，它是一个正六面体。石英晶体各个方向的 特性是不同的。其中纵向轴z称为光轴，经过六面体棱线并垂直于 光轴的x称为电轴，与x和z轴同时垂直的轴y称为机械轴。通常把 沿电轴x方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“纵向压电效 应”，而把沿机械轴y方向的力作用下产生电荷的压电效应称为 “横向压电效应”。而沿光轴z方向的力作用时不产生压电效应。
压电陶瓷
具有压电效应的材料称为压电材料。 压电材料能实现机—电能量的相互转换。
机械量
压电元 件
电量
压电效应的可逆性
在自然界中大多数晶体都具有压电效应，但压电效应十 分微弱。随着对材料的深入研究，发现石英晶体、钛酸钡、 锆钛酸铅等材料是性能优良的压电材料。
• 晶体具有压电性的必要条件是晶体不具有对称中心。 • 所有铁电单晶都具有压电效应。 • 对于铁电陶瓷来说，虽然各晶粒都有较强的压电效应，
逆压电效应示意图 （实线代表形变前的情况， Ｅ
虚线代表形变后的情况）
－－－－－－
＋＋＋＋＋＋ 电
极化
场
方向
方
－－－－－－ 向
＋＋＋＋＋＋
由此可见，压电陶瓷所以具有压电效应，是由 于陶瓷内部存在自发极化。这些自发极化经过极化 工序处理而被迫取向排列后，陶瓷内即存在剩余极 化强度。如果外界的作用（如压力或电场的作用） 能使此极化强度发生变化，陶瓷就出现压电效应。 此外，还可以看出，陶瓷内的极化电荷是束缚电荷 ，而不是自由电荷，这些束缚电荷不能自由移动。 所以在陶瓷中产生的放电或充电现象，是通过陶瓷 内部极化强度的变化，引起电极面上自由电荷的释 放或补充的结果。
第五章 压电陶瓷
5.1 压电陶瓷的压电效应及应用
压电陶瓷属于铁电体一类的物质，是人工制造的多 晶压电材料，它具有类似铁磁材料磁畴结构的电畴结构。 电畴是分子自发形成的区域，它有一定的极化方向，从 而存在一定的电场。在无外电场作用时，各个电畴在晶 体上杂乱分布，它们的极化效应被相互抵消，因此原始 的压电陶瓷内极化强度为零，见图（a）。
压电陶瓷
石英晶体化学式为SiO2，是单晶体结构。图（a）表示了天然 结构的石英晶体外形，它是一个正六面体。石英晶体各个方向的 特性是不同的。其中纵向轴z称为光轴，经过六面体棱线并垂直于 光轴的x称为电轴，与x和z轴同时垂直的轴y称为机械轴。通常把 沿电轴x方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“纵向压电效 应”，而把沿机械轴y方向的力作用下产生电荷的压电效应称为 “横向压电效应”。而沿光轴z方向的力作用时不产生压电效应。
压电陶瓷
具有压电效应的材料称为压电材料。 压电材料能实现机—电能量的相互转换。
机械量
压电元 件
电量
压电效应的可逆性
在自然界中大多数晶体都具有压电效应，但压电效应十 分微弱。随着对材料的深入研究，发现石英晶体、钛酸钡、 锆钛酸铅等材料是性能优良的压电材料。
• 晶体具有压电性的必要条件是晶体不具有对称中心。 • 所有铁电单晶都具有压电效应。 • 对于铁电陶瓷来说，虽然各晶粒都有较强的压电效应，
逆压电效应示意图 （实线代表形变前的情况， Ｅ
虚线代表形变后的情况）
－－－－－－
＋＋＋＋＋＋ 电
极化
场
方向
方
－－－－－－ 向
＋＋＋＋＋＋
由此可见，压电陶瓷所以具有压电效应，是由 于陶瓷内部存在自发极化。这些自发极化经过极化 工序处理而被迫取向排列后，陶瓷内即存在剩余极 化强度。如果外界的作用（如压力或电场的作用） 能使此极化强度发生变化，陶瓷就出现压电效应。 此外，还可以看出，陶瓷内的极化电荷是束缚电荷 ，而不是自由电荷，这些束缚电荷不能自由移动。 所以在陶瓷中产生的放电或充电现象，是通过陶瓷 内部极化强度的变化，引起电极面上自由电荷的释 放或补充的结果。
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压电式平面喇叭
经由双簧式压电致动器出力使基板产生振动从而构成 一扬声机制：用于移动电话、个人数码助理(PDA) 、笔记 本电脑等之发声模块。
压电材料的应用广泛
压电振动 加速计 压电陶 瓷继电 器
压电陶瓷 风扇
压电 点火器 压电式 触屏
压电陶瓷
压电陶瓷材料在手机上的应用
一 ，手机的结构工艺特点
• ①压电效应-机械能转变为电能
• 某些电介质, 当沿着一定方向对
• 其施力而使它变形时, 其内部就产生
• 极化现象, 同时在它的两个表面上便
• 产生符号相反的电荷, 当外力去掉后, 其又重新恢复到不带电状态， 这种现象称压电效应。 • ●正压电效应 • 当作用力方向改变时, 电荷的极性也随之改变。 把这种机械能转
●在外电场作用下，电畴的极化方向趋向于按外电场的方向；
●极化处理后，陶瓷内部仍存在有很强的剩余极化强度。 ●受到压力后，自由电荷过剩出现放电现象。受到拉力，出现充电现象。
压电陶瓷
压电陶瓷的性能: ①很高的压电系数； ②居里点温度低； ③有热释电现象； ④稳定性不如石英晶体； ⑤人工制造，成本低。
无铅压电陶瓷及其换能器外形
正面
反面
二，陶瓷材料的特点，优势
– 力学特性： 和金属材料相比较，陶瓷的弹性模量大，硬度高（1500HV以上），抗压强度 高，但脆性大，抵抗裂纹扩展的能力很低。 – 化学性能： 陶瓷的化学性能非常稳定，具有良好的抗氧化性和耐热性，此外陶瓷对酸、 碱、盐和熔融的有色金属有较强的耐蚀性，不会发生老化。 – 热性能： 陶瓷材料熔点高（2000℃以上），热硬性可达1000℃；但陶瓷热膨胀 系数和 导热系数小，承受温度快速变化的能力差，在 高温剧变时开裂。 – 电性能： 大多数陶瓷是电绝缘体，随着科学技术的发展，已经出现了具有各种电性能 的陶瓷，如半导体陶瓷、压电陶瓷、磁性陶瓷、超导陶瓷、电光和光学陶 瓷等。 – 光性能： 陶瓷材料还有独特的光学性能，可用作固体激光器材料、光导纤维材料、光 储存器等，透明陶瓷可用于高压钠灯管等。磁性陶瓷（铁氧体）在录音磁 带、唱片、变压器铁芯、大型计算机记忆元件方面的应用有着广泛的前途 。
D3 d33T3
式中d33为压电常数，足标中第一个数字指电场方向或电 极面的垂直方向，第二个数字指应力或应变方向；T3为应 力；D3为电位移,它是压电介质把机械能（或电能）转换 为电能（或机械能）的比例常数，反映了应力（T）、应 变（S）、电场（E）或电位移（D）之间的联系，直接反 映了材料机电性能的耦合关系和压电效应的强弱。
压电陶瓷片
相比较而言，压电陶瓷压电性强、介电 常数高、可以加工成任意形状，但机械品 质因子较低、电损耗较大、稳定性差，因 而适合于大功率换能器和宽带滤波器等应 用，但对高频、高稳定应用不理想。石英 等压电单晶压电性弱，介电常数很低，受 切型限制存在尺寸局限，但稳定性很高， 机械品质因子高，多用来作标准频率控制 的振子、高选择性（多属高频狭带通）的 滤波器以及高频、高温超声换能器等。
压电材料
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压电材料的应用
换能器 换能器是将机械振动转变为电信号或 在电场驱动下产生机械振动的器件。利用 上述原理可生产电声器件如麦克风、立体 声耳机和高频扬声器。
超声波传感器
压电驱动器
积层式压电变压器 用于笔记本电脑液晶显示器、桌上型电脑液 晶显示器、个人数码助理(PDA)、数码相机(DSC)、 数码摄影机(DSC)之冷阴极管电源模组等。
压力传感器
陶瓷压力传感器
压力传感器是我国传感器系统中应用最广的一类传感器，在精密测量、 自动化控制中起着重要的作用，在航天航空、汽车、冶金、化工等领域都得 到广泛的应用。 陶瓷质电容式压力传感器是80年代中期问世的一种新型压力传感器，该 传感器是利用先进的电子陶瓷技术，集成电路技术和厚膜平面安装电路技 术，采用零力学滞后的陶瓷和陶瓷密封材料进行设计的一种干式压力传感器 。 同以往的压力传感器相比： 1、蠕变小、滞后差、反应速度快； 2、有较强的抗冲击、抗过载能力； 3、精度高，温度漂移小； 4、抗干扰能力强，测量重复性强； 5、耐温、耐腐蚀性也有很大改善。
压电材料分类
无机压电材料
有机压电材料
复合压电材料
压电陶瓷 （压电多晶体）
压电晶体 （压电单晶体）
偏聚氟乙烯 （PVDF薄膜）
柔韧，低密度，低阻抗 高压电电压 常数(g)等优点
在有机聚合物基底材料中 嵌入片状、棒状、杆状、 或粉末状压电材料构成的
压电陶瓷压电性强、 介电常数高、 可以加工成任意形状
压电单晶压电性弱， 介电常数很低， 受切型限制存在尺寸局 限
三，陶瓷材料应用----压电陶瓷触摸屏
利用压电陶瓷的机械能-电能之间的转换原理，可以应用到手机 触屏上，反应更灵敏，更可靠。
压电陶瓷触摸屏
三，陶瓷材料应用----压电陶瓷扬声器
利用压电陶瓷做出的扬声器，尺寸更小，厚度做到1mm 以 下，且对音腔体积的依赖性小
传统的手机扬声 器最少3mm以上 的厚度，且要求 后 音 腔 体 积 1cc
现在手机结构工艺越来越复杂，结构尺 寸越来越小，这对外壳材料提出了新的
要求。
一，手机的结构工艺特点
二，陶瓷材料的特点，优势
三，陶瓷材料在手机上的应用
一 ，手机的结构工艺特点
现在手机结构工艺越来越复杂，结构尺寸越来越小，这对外壳材 料提出了新的要求。
一 ，手机的结构特点
手机的超薄要求主板器件更小，更薄，更省电。
水声超声测量， 压力传感，引燃引爆
制成水声换能器， 具有高的 静水压响应速率 而且耐冲击， 不易受损且 可用于不同的深度。
但机械品质因子较低、 电损耗较大、 稳定性差
但稳定性很高， 机械品质因子高
适合于大功率换能器 和宽带滤波器等应用
作标准频率控制的振子 高选择性以及高频、 高温超声换能器等
石英晶体
其中： fr为压电振子的谐振频率 fa为压电振子的反谐振频率 R为谐振频率时的最小阻抗Zmin（谐振电阻） C0为压电振子的静电容 C1为压电振子的谐振电容
压电材料
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二 压电效应
以压电晶体为例，压电效应是由于单晶受外应力时其内部晶格结构
变形，使原来宏观表现的电中性状态（正负电荷中心重合）被破坏而产
生电极化。
① 介电常数和压电系数的温度稳定性好 在20℃至200 ℃温度范围内，温度每升高1 ℃，压电系数仅减少 0.016%，当温度达到573 ℃时（居里点），石英晶体丧失压电特性。 ② 各向异性的晶体，按不同方向切割的晶片，其物理性质相差很大。
2、机电耦合系数Kp
机电耦合系数K是一个综合反映压电陶瓷的机械能ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ电能之 间耦合关系的物理量，是压电材料进行机—电能量转换能力的 反映。机电耦合系数的定义是：
通过逆压电效应转换所 得的机械能 K 转换时输入的总电能
2
或
通过正压电效应转换所 得的电能 K 转换时输入的总机械能
2
压电陶瓷振子（具有一定形状、大小和被覆工作电极的压电 陶瓷体）的机械能与其形状和振动模式有关，不同的振动模式 将有相应的机电耦合系数,。 如对薄圆片径向伸缩模式的耦合系数为Kp（平面耦合系数）； 薄形长片长度伸缩模式的耦合系数为K31（横向耦合系数）； 圆柱体轴向伸缩模式的耦合系数为K33（纵向耦合系数）等。
一 认识压电材料
什么是压电材料？
压电材料是受到压力作用时会在两端面间 出现电压的晶体材料。
换能器
压电石英晶体材料
•压电材料的主要工程参数
1、压电常数d33
压电常数是反映力学量（应力或应变）与电学量（电 位移或电场）间相互耦合的线性响应系数。当沿压电陶瓷 的极化方向（z轴）施加压应力T3时，在电极面上产生电 荷，则有以下关系式：
为电能的现象, 称为“正压电效应” 。
●压电传感器大都是基于压电材料的正压电效应。
二 压电效应
• ②逆压电效应--电能转变为机械能 • 当在电介质的极化方向施加电场，某些电介质在一定方向上将产 生机械变形或机械应力，当外电场撤去后，变形或应力也随之消失， 这种物理现象称为逆压电效应。 • ③电致伸缩效应- --电能转变为机械能 • 电介质在电场的作用下会由于极化的变化而引起形变，若形变与 电场方向无关，这个现象就称为电致伸缩效应。
三，陶瓷材料应用----纳米陶瓷外壳
纳米陶瓷材料应用到手机外壳的优势
三，陶瓷材料应用-----纳米陶瓷天线
在陶瓷表面进行金属化，可应用于片式电感、 LED封装、半导体封装和陶瓷电子电路、汽车电子电 路等
通过该技术可以在手机陶瓷盖板上附加NFC天线\RFID天线\无线充电电 感线圈等功能，在不占用额外空间的情况下赋予手机新的功能。
压电驱动器利用逆压电效应，将电能转变为机械能或 机械运动。 •世界上最小的马达（电机）：重36mg，长5mm，直径1mm， 可作为人造心脏的驱动器。 •原理：当给定子加上电之后，由于逆压电效应，定子表 面就会产生超声振动。由于定子和转子之间的摩擦力的作 用，转子也会跟着运动起来。 •优点：结构简单、启动快、体积小、无电磁干扰。
压电陶瓷
一种能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料，属于无机非金属材料。这 是一种具有压电效应的材料。压电陶瓷泛指压电多晶体。如：钛酸钡BT、锆钛 酸铅PZT、改性锆钛酸铅、偏铌酸铅、铌酸铅钡锂PBLN、改性钛酸铅PT等。
●极化前，各个电畴在晶体上杂乱分布，极化效应被相互抵消，原始的压电陶瓷 内极化强度为零；
3、机械品质因数Qm
压电陶瓷在振动时，为了克服内摩擦需要消耗能量。 机械品质因数Qm是反映能量消耗大小的一个参数。Qm越大， 能量消耗越小。机械品质因数Qm的定义式是：