压电陶瓷发电技术研究报告综述
新型压电陶瓷的研制
新型压电陶瓷的研制引言压电陶瓷是一种能够产生电荷的陶瓷材料，当受到物理变形时可以产生电场，反之亦然。
它具有压电效应和应变耦合效应，被广泛应用于超声传感器、换能器、压力传感器等领域。
传统的压电陶瓷材料存在着性能上的瓶颈，如压电系数低、柔性差、易破碎等问题，严重影响了其应用范围。
研制新型压电陶瓷材料成为了当前材料科学领域的一项重要研究课题。
本文将从压电陶瓷的研究背景、现状及其存在的问题出发，介绍新型压电陶瓷的研制过程以及未来应用前景，旨在为读者提供一份全面的新型压电陶瓷材料研究综述。
传统的压电陶瓷材料存在一些问题，例如：压电系数较低、温度稳定性差、易破碎等。
这些问题限制了压电陶瓷材料在一些特殊环境下的应用，研制新型的压电陶瓷材料成为了当前的一项重要课题。
二、压电陶瓷的现状及存在的问题目前，市面上流行的压电陶瓷材料主要是氧化铅类和钛酸钡类陶瓷。
虽然它们在生产工艺和成本上有一定的优势，但仍然存在着一些固有的问题。
一是其压电系数较低。
传统的压电陶瓷材料的压电系数往往在100-200pC/N之间，无法满足一些高性能要求的应用需求。
二是温度稳定性差。
现有的压电陶瓷材料在高温环境下会出现晶粒长大、极化退化等问题，导致其压电性能下降，影响了其在高温环境下的应用。
三是易破碎。
传统的压电陶瓷材料脆性较大，不具备柔性，容易在外力作用下产生破裂，限制了其在柔性电子等领域的应用。
由于这些问题的存在，传统的压电陶瓷材料在一些领域的应用受到了限制，急需研制新型的高性能压电陶瓷材料来满足不同领域的需求。
三、新型压电陶瓷的研制过程1.材料设计新型压电陶瓷材料的研制首先需要从材料设计入手，通过调控材料的组成和结构来实现所需的性能。
研究人员可以通过计算机模拟、DFT理论计算等方法，预测和设计出具有高压电性能的新型化合物。
通过合理设计原子结构和晶体结构，优化晶体畸变等方式来提高压电系数和温度稳定性。
2.材料制备材料制备是研制新型压电陶瓷材料的关键环节。
压电陶瓷发电原理
压电陶瓷发电原理引言：压电陶瓷是一种具有压电效应的材料，当施加压力或拉伸力时，会产生电荷分离现象，从而产生电压差，这种现象被称为压电效应。
利用压电陶瓷的压电效应可以将机械能转化为电能，实现发电。
本文将介绍压电陶瓷的发电原理及其应用。
一、压电效应的基本原理压电效应是指某些特定材料在受到压力或变形时，会在其表面产生电荷分离的现象。
这种材料被称为压电材料，其中最常见的就是压电陶瓷。
压电陶瓷的晶格结构会在受到外力作用下发生微小的变化，从而导致电荷在晶体内部的重新排列，形成电偶极矩。
当外力消失时，晶体恢复到原始状态，电荷分布也恢复到均匀分布。
这种电荷分离的现象就是压电效应的基本原理。
二、压电陶瓷的发电原理压电陶瓷的发电原理是基于压电效应实现的。
当施加压力或拉伸力于压电陶瓷时，会使其发生微小的形变，导致晶体内部的电荷重新分布，产生电势差。
这个电势差可以通过电极引出，形成电压信号。
因此，通过施加外力，压电陶瓷可以将机械能转化为电能。
三、压电陶瓷发电的应用1. 自助发电装置：利用压电陶瓷的发电原理，可以设计自助发电装置，用于供电。
例如，将压电陶瓷片安装在道路上，当车辆经过时会施加压力，从而产生电能，用于照明或其他电力需求。
2. 能量收集器：压电陶瓷还可以应用于能量收集器中。
将压电陶瓷片安装在机械设备上，当设备运行时，会产生机械能，通过压电陶瓷将其转化为电能，用于供电或储存。
3. 压电发电机：压电陶瓷也可以用于压电发电机的构建。
通过将多个压电陶瓷片串联或并联，形成发电机的发电单元。
当外力作用于压电陶瓷时，发电单元会产生电能，多个发电单元的电能叠加，可以实现大功率的发电。
4. 振动能收集器：压电陶瓷还可以用于振动能收集器中。
将压电陶瓷片安装在振动物体上，当物体发生振动时，会产生机械能，通过压电陶瓷将其转化为电能，用于供电或储存。
结论：压电陶瓷发电原理是基于压电效应实现的，通过施加外力，压电陶瓷可以将机械能转化为电能。
压电陶瓷发电特性及其应用研究共3篇
压电陶瓷发电特性及其应用研究共3篇压电陶瓷发电特性及其应用研究1压电陶瓷发电特性及其应用研究压电陶瓷是一种能够将电能和机械能相互转换的材料，其具有很强的压电效应和角电效应。
因此，它在能量转换和储存领域中具有广泛的应用。
本文将重点介绍压电陶瓷的发电特性及其应用研究。
1. 压电陶瓷的发电特性压电陶瓷的发电机制是基于压电效应。
当施加外力或压力时，它会产生电荷分布不均的情况，从而产生电势差并形成电流。
这种电荷分布的不均匀是压电效应的直接结果。
另一方面，压电陶瓷也具有角电效应。
当施加过电压时，它可以被用作电极化器，在没有任何电学信号的情况下将机械幅度转换为电学信号。
2. 压电陶瓷的应用研究2.1 压电陶瓷发电机压电陶瓷发电机可以将机械能转换为电能。
它可以通过施加外力来刺激压电陶瓷并流过电流。
由于其结构简单、可靠性高、无污染、可靠性高等特点，压电陶瓷发电机受到了广泛的关注。
2.2 压电能量收集装置压电能量收集装置是将压电陶瓷与电容器等元件结合使用，以收集从机械系统中产生的微弱电能。
其中一种常见的应用是使用人体步态能量来为电子设备充电。
此外，还可以通过将压电元件与振动绝缘和滤波元件结合使用来收集车辆振动或其他环境振动中的能量，以实现稳定、可靠的电源供应。
2.3 压电陶瓷传感器压电陶瓷传感器被广泛应用于建筑结构、机器人、生物医学监测和流量计等领域。
例如，压电陶瓷传感器可用于对结构的物理变形和应力进行测量，以便进行健康监测。
另外，它还被用作假肢控制和人机交互的红外触摸传感器。
3. 结论压电陶瓷发电具有广泛的应用前景，但其性能需要进一步提高。
研究应该重点关注如何提高压电陶瓷的输出功率和增加其工作寿命。
此外，在应用中，还应注意减小压电陶瓷的失效率以及尽可能减少它在安装中的受外部机械、化学和热损害的风险综上所述，压电陶瓷作为一种新型的能量转换材料，具有着广泛的应用前景。
通过应用研究可发现，压电陶瓷在发电、能量收集和传感器领域都具有非常重要的应用前景。
压电陶瓷及其应用综述
压电陶瓷及其应用一. 概述压电陶瓷是一种具有压电效应的多晶体，由于它的生产工艺与陶瓷的生产工艺相似（原料粉碎、成型、高温烧结）因而得名。
某些各向异性的晶体，在机械力作用下，产生形变，使带电粒子发生相对位移，从而在晶体表面出现正负束缚电荷，这种现象称为压电效应。
晶体的这种性质称为压电性。
压电性是J·居里和P·居里兄弟于1880年发现的。
几个月后他们又用实验验证了逆压电效应、即给晶体施加电压时，晶体会产生几何形变。
1940年以前，只知道有两类铁电体（在某温度范围内不仅具有自发极化，而且自发极化强度的发向能因外场强作用而重新取向的晶体）：一类是罗息盐和某些关系密切的酒石酸盐；一类是磷酸二氢钾盐和它的同品型物。
前者在常温下有压电性，技术上有使用价值，但有易溶解的缺点；后者要在低温（低于—14 C）下才有压电性，工程使用价值不大。
1942-1945年间发现钛酸钡（BaTiO）具有异常高的介电常数，不久又发现它具有压电性，BaTi O压电陶瓷的发现是压电材料的一个飞跃。
这以前只有压电单晶材料，此后出现了压电多晶材料——压电陶瓷，并获得广泛应用。
1947年美国用BaTiO陶瓷制造留声机用拾音器，日本比美国晚用两年。
BaTiO存在压电性比罗息盐弱和压电性随温度变化比石英晶体大的缺点。
1954年美国B·贾菲等人发现了压电PbZrO-PbTiO(PZT)固溶体系统，这是一个划时代大事，使在BaTiO时代不能制作的器件成为可能。
此后又研制出PLZT透明压电陶瓷，使压电陶瓷的应用扩展到光学领域。
迄今，压电陶瓷的应用，上至宇宙开发，下至家庭生活极其广泛。
我国对压电陶瓷的研究始于五十年代末期，比国外晚10年左右，目前在压电陶瓷的试制、工业生产等方面都已有相当雄厚力量，有不少材料已达到或接近国际水平。
二. 压电陶瓷压电性的物理机制压电陶瓷是一种多晶体，它的压电性可由晶体的压电性来解释，晶体在机械力作用下，总的电偶极矩（极化）发生变化，从而呈现压电现象、因此压电性与极化，形变等有密切关系。
压电陶瓷特性实验报告
压电陶瓷特性实验报告压电陶瓷特性实验报告引言压电陶瓷是一种能够在外力作用下产生电荷的材料，具有广泛的应用领域。
本实验旨在研究压电陶瓷的特性，包括压电效应、介电特性和机械特性等方面。
通过实验，我们可以更深入地了解压电陶瓷的性能和应用潜力。
实验一：压电效应在这个实验中，我们使用了一块压电陶瓷片和一台压电仪器。
首先，我们将压电陶瓷片固定在仪器上，并施加一定的压力。
随后，我们观察到仪器上显示的电压值随着施加的压力而变化。
这说明压电陶瓷具有压电效应，即在外力作用下会产生电荷。
实验二：介电特性为了研究压电陶瓷的介电特性，我们使用了一台电容测试仪。
首先，我们将压电陶瓷片固定在测试仪上，并连接电源。
随后，我们通过改变电源的电压，观察到测试仪上显示的电容值的变化。
这表明压电陶瓷在电场作用下会发生介电极化，导致电容值的变化。
实验三：机械特性在这个实验中，我们使用了一台拉伸试验机。
我们将压电陶瓷片固定在试验机上，并施加一定的拉伸力。
通过改变施加的力大小，我们观察到压电陶瓷片的形变情况。
同时，我们还测量了形变量与施加力的关系。
结果显示，压电陶瓷具有良好的机械特性，能够在外力作用下发生可逆的形变。
实验四：应用潜力通过以上实验的结果，我们可以看出压电陶瓷具有多种特性，具备广泛的应用潜力。
例如，在传感器领域，压电陶瓷可以用于测量压力、温度和加速度等参数。
此外，在声学领域，压电陶瓷可以用于扬声器和麦克风等设备。
还有一些其他领域，如医疗、能源和通信等，也可以应用压电陶瓷技术。
结论通过本次实验，我们深入了解了压电陶瓷的特性。
压电效应、介电特性和机械特性是压电陶瓷的重要特性，为其在多个领域的应用提供了基础。
压电陶瓷的应用潜力巨大，可以为现代科技的发展做出重要贡献。
我们相信，在进一步研究和技术创新的推动下，压电陶瓷将在未来得到更广泛的应用。
压电陶瓷材料的研究进展与发展趋势_李环亭
现 代技术 陶瓷
的驱动力 , 更好的压电性能 。 P Z T 压电厚膜材料 已被广泛地应用于制造微型机械泵 、 厚膜微致动 器 、高频声纳换能器 、压力传感器 、微机械谐振 器 、压电加速度转换器 、 新型超声复合换能器 、 弹性波传感器 、 光纤调制器 、压电多层致动器 、 微 电子机械系统 ( M E M S ) 器件等
价值的压电陶瓷 , 这是压电材料的一个飞跃 。 1955 年 J a f f e 等在系统地研究各种钙钛矿型 化合物固 溶体 性能 和结 构 的基 础上 , 发 现 P Z T ( 锆钛酸铅 ) 压电陶瓷在因成分变化引起的所谓 准同型相界或同质异晶相变成分 ( X= 0. 52 ) 附 近 , 四方相和三角相共存 , 相变激活能低 , 只要在 微弱电场的诱导下 , 就能发 生晶相结构的 转变 , 极化处理时可以获得高压电活性和高介电常数 , 压电常数是 B a T i O 3的两倍 , 且其各方面的性能比 B a T i O 3陶瓷好得多 , 具有 耦合系数 大 、压电 性更 强、 居里温度高和可通过变更成分在很大范围内 调节性能以满足多种不同需要等优点 。 因此 , P Z T 压电陶 瓷一经出现就 得到各国研究者 的重 视 , 并迅速在电子 、光 、热 、声等领域得 到广泛的 应用 。 1965 年松下电器公司的研究人员在 P Z T 的 组成中加入 P b ( M g b O 铌镁酸铅 ) , 试制 1/ 3 N 2/3 ) 3( 成功了三元系压电陶瓷 , 取 名为 P C M 。 此后 ,
2009年第 2 期 ( 总第 120期 )
碍了极化 , 使 Q m提高 。 当掺杂量超过一定量时 , M n 除了进入晶格之 外 , 多余的部分聚 集在晶界 处 , 阻碍了晶粒的生长 , 降低了晶粒分 布均匀性 和晶粒强度 , Q 相对降低 。 m
无铅压电陶瓷研究进展
质 ， 生 产 、 用 及 废 弃 后 的 处 理 过 程 中 ， 会 在 使 都 给 人 类 和 生 态 环 境 造 成 损 害 。Ｐ Ｏ 的 挥 发 也 ｂ 会 造 成 陶 瓷 中 的 化 学 计 量 比 的偏 离 ， 产 品 的 使
一
Ｂ Ｔｉ 。 ａ Ｏ 研究 体 系 主要 有 ： １ （ 一ｘ Ｂ Ｔｉ 。 （ ） １ ） ａ Ｏ 一ｘ Ｏ （ ＡＢ ３ Ａ—Ｂ 、 ａ ； — Ｚ 、 ｎ ＨｆＣ 等 ） ａ Ｃ 等 Ｂ ｒＳ 、 、 ｅ ；
维普资讯
第 ５ 期
王 红 丽 ， 艳 改 ： 铅 压 电 陶 瓷研 究 进 展 刘 无
３ １
３ 铌 酸 盐基 压 电陶瓷
铌 酸 盐压 电 陶瓷无铅 无铋 ， 具有 密度 小 ， 学 声
Ｋ Ｌ Ｏ 。 。钨 青铅 型 自发 极 化强 度大 、 里 ｉ 。 。） Ｎｂ 居 温 度高 、 电常数 低 ， 铁 电 、 电 、 释 电 、 线 介 在 压 热 非 性 光学 等方 面性能 十分优 越 ， 得到 广泛关 注 ， 尤其 对该 体 系 陶瓷进 行 掺杂 或 取 代 的改 性 ， 现 在研 是
Ｂ Ｔ Ｏ。 究 比较 成 熟 ， 并 不 能 替 代 Ｐ Ｔ ａｉ 研 但 Ｚ
陶 瓷在压 电铁 电领域 的广 泛应 用 。主要是 因为 以 下不 足 ： １ 居 里 点 不 高 （ １ ０ ， 能 的 时 （） Ｔ 一 ２ ℃） 性
和化学稳 定性 等优 点 ， 已广 泛 用于 电子 、通信 、 航 空 、 电、 发 探测 、 冶金 、 计算机 等诸 多领 域［ 。 ４ ］
（ ） 电 性 能 与 含 铅 系 列 陶 瓷 相 比 ， 有 一 定 差 ３压 还
距， 且难 以通 过掺 杂 改 性 大 幅度 改 善 其 性能 ； ４ （） 需 高温烧 结 （ ３ ０ １ ５ ℃） 且 烧 结存 在 一 定 难 １０ ～ ３ ０ ，
压电陶瓷的工作原理及其应用
压电陶瓷的工作原理及其应用1. 什么是压电陶瓷嘿，朋友们，今天咱们就聊聊一个神奇的材料——压电陶瓷。
乍一听这个名字，可能会让你觉得有点高大上，但其实它可比你想的要简单有趣多了！压电陶瓷是一种能够把机械压力转化为电能的陶瓷材料。
听着是不是感觉像魔法？其实，这就是科学的魅力所在！它们就像是“电力小精灵”，无论我们是用手一碰，还是给它施加点压力，它们就能乖乖地输出电流，太神奇了吧！1.1 工作原理说到工作原理，咱们就要提到“压电效应”了。
简单来说，压电效应就是那些陶瓷在受到压缩时，内部的分子结构发生了变动，从而产生电荷。
这种原理就像我们玩橡皮泥，捏捏搓搓后，形状有了变化，当然，压电陶瓷一旦受到力的作用，电流便会流动起来！所以乍一看，这可不是一个传统的电池，但说它是一个“力”的发电机，应该是无可厚非的。
同样，它也能反向运作——当施加电压时，陶瓷会发生微小的形变，变得扭来扭去，宛如小舞者一样，摸起来可是特别有趣哦。
1.2 材料构成说到这里，有人可能会好奇，压电陶瓷到底是什么“做”的呢？实际上，它们一般是由一种叫做钛酸铅或锆钛酸铅的化合物制成的。
这些材料在高温下经过特殊处理，就能形成压电特性。
嘿，这听起来是不是好像科学实验室里那些复杂的步骤？别担心，这只是为我们赠送了这些神奇小玩意的“开机”密码！而且，压电陶瓷的种类也很多，像是单晶压电材料、陶瓷复合材料等等，各种各样的人才齐上阵，因为不同的应用需求，各有所长嘛。
2. 压电陶瓷的应用说完了原理，咱们再聊聊这些压电陶瓷到底能在哪儿派上用场。
其实，咱们的日常生活中，很多地方都藏着它们的身影哦。
比如说——声纳和麦克风，这些小玩意能把声波转化成电信号，或者把电信号转化为声波，而其中的关键材料就是压电陶瓷。
是不是感觉涨知识了呢？此外，在医疗器械中，超声波诊断仪也是用得上压电陶瓷，通过振动产生声波图像，助医生“大显神通”呢！2.1 家庭中的应用你还知道吗，在咱们的家庭中，压电陶瓷其实也贡献了不少力量呢！比如常见的点火器，尤其是在烧烤的时候，叮的一声，火就起来了，这可全靠压电陶瓷的的“点石成金”之功。
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压电陶瓷发电技术的研究摘要：信息技术的飞速发展并没有带动电源技术的快速发展，电源的能量密度没有明显的提高［1］。
虽然化学能电池因使用方便而被广泛使用，但环境污染、回收困难、浪费材料等问题也日益突出。
压电陶瓷振动发电机是一种持久、清洁、免维护的新型发电装置，压电陶瓷发电技术的研究已得到广泛重视，在无线传感器网络自供电方面具有较广阔的应用前景。
Abstract: The rapid developme nt of in formatio n tech no logy has n ot led to the progress of power source, an dsupply en ergy den sity is no tsig nifica ntly improved. Although the chemical batteries are widely used, but the disadva ntage that they waste materials, polluteenvironment and recycle difficulty. Piezoelectric vibration generator is an inno vative type ofpersiste nt, clea n and maintenan ce-free power gen erati on d evice. The research of piezoelectric ceramictech no logyfor power gen erati on has received wide atte ntio n, which has good prospect of applicati ons in wireless sensorn etworks.1、压电陶瓷振动发电原理压电材料具有压电效应，压电效应是由于晶体在机械力的作用下发生形变＜伸长和压缩)而引起带电粒子的相对位移(偏离平衡位置＞，从而使得晶体的总电矩发生变化而造成的，分为正压电效应和逆压电效应两个方面，二者耦合在一起的。
如果在压电陶瓷上加交变电场，贝U其就会交替出现伸长和压缩，即发生振动，反之，压电陶瓷发生机械振动时也会产生电场。
因此，可利用机械能使压电陶瓷振动发电。
图i压电效应原理在1942年到1945年，美国、前苏联及日本的科学家发现钦酸钡(BaTIO3＞是铁电体，极化后具有压电性能。
钦酸钡陶瓷的发现促进了压电材料的发展，它不但使压电材料从一些单晶体材料发展到压电陶瓷等多晶体材料，而且在压电性能上也有了大幅度提高。
但BaTi o3的压电性随温度和时间的变化比石英晶体大，而压电性又比罗息盐弱，不能满足广泛的应用需求。
后来人们发现了锆钛酸铅PbZrO-PbTi0 3(PZT＞固溶体系统有非常强及稳定的压电性能。
到目前，PZT系陶瓷几乎已完全取代了BaTiO 3系陶瓷。
2、压电陶瓷发电技术和理论的国内外研究现状压电陶瓷在外力的作用下可以产生电荷这一现象被发现几十年了，但受压电材料发电能力的限制，将这部分电荷收集、储存起来用作驱动微功率电器的电源的研究一直很少。
近年来，高集成化、低能耗电子器件和无线电射频技术(RF，Radio- frequency ＞的使用，为压电发电技术的应用提供了前提。
另一方面，随着材料科学和制造技术的发展，高性能、高机电转换效率的压电材料不断出现，压电薄膜的厚度可减小到0.02mm利用多压电薄膜并、串联的方法可获得所需要的电流、电压。
S. W. Arms 等人研制成功的温湿度传感器节点，该传感器能够通过无限发射器将检测到的信息传输出去［2］。
该传感器最大的特点其内部包含了小型压电发电装置，该发电装置能够利用环境中的振动能发电以维持整个传感器节点的工作，因此不需要定时更换电池或充电，可广泛应用于环境检测领域。
该模块是一个由质量块和双压电片悬臂梁组成的锥形弹簧系统，锥形悬臂梁(长5Omm＞的设计使压电材料上具有几乎相等的应力分布，设置在悬臂梁自由端的质量块(250g＞能够确保该系统与环境振动处于共振状态。
2003年，由NEC TOKIN与日本Heardea联合开发出采用压电发电装置的新型道路标识，该标识是直径为13.5cm的圆形，外围有受风的羽状物。
内部配置了压电转换元件和钢球以及 6个LED 其原理就是通过钢球下落时撞击压电转 换元件来发电。
可发电风速为 3m/s-6m/s ，每秒发光3次，每次发光时间3ms 以上。
美国德克萨斯州大学的电子工程师Priya 发明了一种可以为无线网络供电的袖珍 风车⑶。
这种风车周长大约为10 cm,它附在一个旋转凸轮上,当凸轮旋转时,可 使一系列压电晶体不断伸缩。
当压电材料被挤压或伸展时 ，便会产生电能。
在理论研究方面，压电发电器的理论模型对于研究压电发电装置的发电特 性、压电发电装置的性能预测以及压电发电装置的优化设计等方面都具有指导 性作用。
我认为目前构建压电发电装置的几种理论数学模型各有各的优缺点。
主要通过两种方法构建，一种是基于忽略内部电场的正压电方程，推导压电晶 体开路电压的数学表达式 ⑷。
女口 Newnham 的复合陶瓷串并联理论模型，方法简 便，但是由于模型忽略了压电晶体内部的电场对能量转化效率的影响，导致得 出的表达式不能准确的反应压电发电装置的发电特性，另外，他的模型只能推 导出发电装置开路电压的数学表达式，不能讨论输出电压、输出电流、负载特 性等重要的电源特性参数，因此模型本身于压电发电装置的性能研 A 究和优化 设计所能发挥的作用不大。
另外一种建模方法是用各种电学元件模拟压电转化 及力学传动过程中的各种阻尼，把压电发电器的机械部分和电学部分分别等效 成电路，用一个等效变换器模拟压电晶体的机电藕合过程，从而把机械部分和 电学部分的等效电路联系图2 V 2不变时，理论计算值与样品测量值的比较<a ）密度p 随V 2变化的曲线； <b ）压电常数£ 33随V 2变化的曲线 <c ）相对介电常数d 33随V 2变化的曲线； < d ）压电电压常数g 随V 2变化的曲线 起来，建立模型呵。
女口 Roundy 博士和Archin C. Bhatt 的数学模型，是通过把 压电发电器的机械部分和电学部分分别等效成电路、然后用一个等效变压器将 两部分等效电路联系起来以模拟机电祸合的方法建立起来的。
这种建模方法巧妙，也比较准ZUT0,1 U.2 0.1 0.4 0.3 0.6 0,7 0.9 ].2 0.1 0.2 0.3 0.J 0.5 06 Q.7 0.S 0.9 结构裁瓠1 何 结构掺敷W 拧为3軽疑却柴衩軒Q.4 0.3 0.1 Tin0.7啦a.5a4b.3o.2o.lo确，但模拟参数在不同情况下是不同的，必须实验测定，给优化设计带来了不便。
国内有研究者对国外的模型进行了修正，比如北京邮电大学自动化学院的李莉⑹提出了一种用于计算新型1-3-2型压电陶瓷介电常数和压电常数的理论模型，推导出了复合材料的介电常数d33和压电常数& 33,的计算公式，实验结果与计算值符合较好，误差也较小，见图2。
但是她的模型对其他的压电参数都没有涉及到，并且公式对其他类型压电陶瓷无通用性。
个人认为大连理工大学褚金奎教授等人提出的压电陶瓷数学模型⑺更有通用性。
他们在经典压电理论的基础上，提出了一种新的压电发电器建模方法，该方法借助等效电路建立输出电流的微分方程，求解该微分方程，再根据各性能参数之间的关系推导各性能参数数学表达式。
在运用该方法推导发电器性能参数表达式中，充分考虑了内部电场对压电发电器的性能的影响，能够准确反映压电发电器的基本特性。
应用该方法推导了压电梁结构和压电叠堆结构输出电能参数表达式，并通过实验数据验证了表达式可以较准确地预测压电发电器的输出参数。
通过对表达式分析和讨论，得出压电发电器的负载特性和材料参数、结构尺寸、外部作用参数与压电发电器性能参数之间的关系，可指导压电发电器的优化设计。
具体推导过程不一一赘述，在此仅给出输出参数的数学表达式：输出电流：(f)= 泌33孑叽 --------- + q?)y/t] + 2n2A2a)2£^R2输出电压:输出功率：關F我R2(f； + 2n2A2oj2^3R2)最大功率:PUAX=1^为了证明此数学模型的可信度，将其数学公式计算的结果与 Rou ndy 等人制 作的电极串联的双压电片悬臂梁振动发电装置 V 亥装置梁长为6.5mm 宽度 3.2mm 压电晶体厚度0.14mm 垫片厚度0.1mm ,装置的压电晶体为PZT 一5H,极 间电容为9.2nF 。
发电器在频率为12OHz 自由端振幅为0.173mn 状态下工作）的 实验测量数据进行了比对。
下面所有图中的曲线为模型计算结果，点位位实验 测得数据。
从两个图中可以看出表达式的计算结果与实验数据基本吻合，证明模型推 导的输出表达式可以较准确预测压电发电装置的性能，可以用作压电发电装置 的优化设计。
而且随着负载电阻的增大，压电发电振子的输出电压开始不断增 大，当负载电阻较小时，压电晶体的输出电压增大较快。
随着负载电阻的不断 增大，输出电压的增大速度不断减小，最后几乎不再增大；压电发电振子的输 出功率也相图3压电振动发电装置输出功率随负载的变化关系Q R/ 一主 电■J 0应先增大后减小，有峰值出现，这与模型推导的有最大输出功率也是一致的。
虽然这个模型在数值推导上相较其他的理论模型有优势，但是其公式所含 因变量过多，这就意味着可变因素太多，以至于在具体应用时要针对每一个具 体的产品单独设计一套适合的操作参数以达到理想的效果。
3、微型压电陶瓷振动发电 储能分析及收集电路的匹配压电陶瓷发电装置产生的电能相对较小，还不能直接为大部分电路提供驱动 能量,因此,必须进行电量的积累，才能使压电换能器产生的电量能够为电子设备 提供能量。
为了保证压电换能器产生的电能高效地传输给外设 ，还需对输出端电 路进行负载匹配。
如图5所示，通过合理的电路匹配设计，电量最终存储在电容C3 中⑹。
D3为稳压二极管,其作用是稳定C1和C2的并联电压,防止过高电压损坏DC /DC 转换器。
图5压电振动发电装置的等效电路图收集压电陶瓷产生的电量的方法主要有 2种：一是通过电容收集并储存产生 的能量；二是利用可重复充电的电池收集储存电量［9 ］。
一般电容不能长时间储 存电量，因此，用电容方法来给电路供电时，需要压电体不断地产生电量。
利用此电路为电子产品供电，将有一个脉冲式的能量输出，因此，该方法 适合应用到需要短暂突发式能量供应的设备。