常用的压电材料分类
压电材料
反之，当材料在电场作用下，发生电 极化时，则会产生应变，其应变值的 大小与所加电场的强度成正比，其符 号取决于电场的方向，这种现象称逆 压电效应。 具有压电效应的材料叫做压电材料， 因此，通过压电材料可将机械能与电 能相互转换。
正压电效应的应用主要用于燃气点火器， 如燃气灶、燃气打火机等的点火系统。 基本工作原理为：由外力压缩一个弹簧， 压到顶点后释放，弹簧力推动一个重锤打 击压电陶瓷柱产生一数千伏的高压火花， 点燃可燃气体。
㈡ 压电半导体：常用的有Ⅱ－Ⅵ 族化合物如 CdS、CdSe、ZnO、 ZnS。Ⅲ－Ⅴ族化合物如：GaAs、 GaSb、InAs等。
㈢ 压电陶瓷：压电陶瓷多晶材料 比压电晶体材料更便宜，但易于老 化。目前，最常用的压电陶瓷有钛 酸钡（是第一个被发现的可以用于 制造陶瓷的铁电材料）、钛酸铅、 锆钛酸铅（这是PbTiO3和PbZrO3 组成的二元固溶体）。
③压电打火机 现在煤气灶上用的一种 电子打火机，就是利用压电陶瓷制成的。 只要用手指压一下打火按钮，打火机上的 压电陶瓷就能产生高电压，形成电火花而 点燃煤气，可以长久使用。所以压电打火 机不仅使用方便，安全可靠，而且寿命长， 例如一种钛铅酸铅压电陶瓷制成的打火机 可压电 陶瓷做成的护目镜后，当核爆炸产生的光 辐射达到危险程度时，护自镜里的压电陶 瓷就把它转变成瞬时高压电，在1/1000 s里， 能把光强度减弱到只有1/10000，当危险光 消失后，又能恢复到原来的状态。这种护 目镜结构简单，只有几十克重，安装在防 核护目头盔上携带十分方便。
压电陶瓷在电场作用下产生的形变量很 小，最多不超过本身尺寸的千万分之一， 别小看这微小的变化，基于这个原理制做 的精确控制机构－－压电驱动器，对于精 密仪器和机械的控制、微电子技术、生物 工程等领域都是一大福音。
压电材料的分类
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这种特性被广泛应用于各 种领域，包括电子学、超 声波、传感器、执行器等
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以下是对压电材料的主要 分类
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压电单晶体
压电单晶体
01
压电单晶体是最早被发现和应用的 压电材料
02
例如，石英、铌酸锂、钽酸锂等都 是常见的压电单晶体
这些材料在晶体结构上具有特殊的
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对称性，使得它们在机械应力的作
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其他类型压电材料
其他类型压电材料
除了以上几种常见的 类型外，还有一些其 他类型的压电材料， 例如半导体压电材料、 超晶格压电材料等。 这些材料在某些特定 领域表现出独特的性
能和应用前景
总的来说，压电材料 的种类繁多，不同的 类型具有不同的特性 和应用场景。在选择 压电材料时，需要根 据实际应用需求来选 择合适的类型和性能
➢ 以上是对压电材料分类的 进一步补充和完善。不同 类型的压电材料具有不同 的特性和应用场景，选择 合适的类型和性能指标对 于实际应用至关重要。同 时，随着科学技术的发展 和创新，未来还可能出现 更多新型的压电材料，为 人类的生产和生活带来更 多的便利和效益
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功能梯度压电材料
功能梯度压电材料
功能梯度压电材料是一种压电 材料，其压电性质在材料的内
部呈现出连续的梯度变化
这种材料主要用于制造高效能 执行器、传感器等，具有较高 的输出性能和优异的热稳定性
功能梯度压电材料的制备工艺 比较复杂，但具有广泛的应用
前景
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智能压电材料
智能压电材料
智能压电材料是一种具有自适应能力的压电材料 这种材料能够在外部环境变化时自动调整自身的 性能参数，如形状、刚度、频率等，从而实现在 线监测、自适应控制等功能
压电材料分类和电致伸缩性质讲解
•
（7.9） d S T 2 G 2 X ,Ed T T 2 G X i EX i T 2 G E m XE m
• 引入
• （7.10） X i2 G EmTE m 2 G XiT E xm i T ,X DXmi
T ,E
dmTi
E m 2 G T X T 2 G E m X D T m X ,E E S m T ,X p m X
电场附近作泰勒展开，取近似只保留一次项
•
xi x T i X,EdT X xij T,EXj E xm i T,XE m
（7.4）
• •
D m D T m X,EdT D X m i T,EX i D E m n T,XE n
（7.5）
•
dS T S X,EdT X Si T,EX i E S m T,XE m（7.6）
• 虽然电致伸缩效应通常很弱，但在某些铁电体中 稍高于居里点时却相当强，而且铁电相压电常量 与电致伸缩系数有关，因此，研究电致伸缩也有 实用和理论两方面的意义。
§ 7．1 压电效应
7.1.1 线性状态方程和线性响应系数 • 处理电介质平衡性质的基本理论是线性
理论。该理论成立的条件是系统的状态 相对其初始态的偏离较小，在特征函数 对独立变量的展开式中可忽略二次以上 的高次项，而在热力学量对独立变量的 展开式中可以只取线性项。
• 考虑以温度T、应力X和电场E为独立变量时，相应 特征函数为吉布斯自由能G。
• 假设温度、应力和电场分别发生小变化dT、dX和
dE，且初始态应力和电场为零，故dX=X，dE＝E。
这些变化足够小时，可用泰勒级数展开G，只取到
二次项
G
G0
G T
dT
G X i
压电材料与应用
迄今为止，可被考虑的无铅压电陶瓷体系有： 1.BaTiO3基无铅压电陶瓷 a（1-x） BaTiO3-xABO3（A=Ba、Ca等，B=Zr、Sn、Hf、Ce等） I II I II b （1-x） BaTiO3-xA B O3 （A =K、Na，B =Nb、Ta） c（1-x） BaTiO3-xAII0.5NbO3 （AII=Ca、Sr、Ba）
材料 Kp Kt d33 (PC/N)
g33 (×10－3Vm/N)
F15-6 15PZTPZT-4 F15-7 15F C-1 P-5 PS PZTPZT-8 F3 SW2 SW3 PGB PZTPZT-7 F 2-6 BTBT-2
0.62 0.58 0.52 0.57 0.58 0.55 0.59 0.59 0.51 0.56 0.32
压电材料性能指标 压电材料性能指标
Kt Kp
K33 K15 K31
3、机械品质因数Qm
压电材料性能指标 压电材料性能指标
压电陶瓷在振动时，为了克服内摩擦需要消耗能量。 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。 越大，能量消耗越小。 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 的定义式是： Qm的定义式是：
压电材料概述
压电陶瓷
优点：抗酸碱，机电耦合系数高，易制程任意形状，价格 优点：抗酸碱，机电耦合系数高，易制程任意形状， 便宜。 便宜。 缺点：温度系数大，需高压极化处理(kV/mm) (kV/mm)。 缺点：温度系数大，需高压极化处理(kV/mm)。
压电聚合物
优点：低声学阻抗特性，柔软可做极薄的组件。 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) 缺点：压电参数小，需极高的极化电场(MV/mm)
压电材料及其应用
压电材料及其应用学院：材料学院专业：材料科学与工程系班级：1019001姓名：***学号：**********压电材料及其应用李耘飞材料科学与工程1101900118一、压电材料的定义压电材料是指可以将压强、振动等应力应变迅速转变为电信号,或将电信号转变为形变、振动等信号的机电耦合的功能材料。
当你在点燃煤气灶或热水器时,就有一种压电陶瓷已悄悄地为你服务了一次。
生产厂家在这类压电点火装置内，藏着一块压电陶瓷，当用户按下点火装置的弹簧时，传动装置就把压力施加在压电陶瓷上，使它产生很高的电压,进而将电能引向燃气的出口放电。
于是，燃气就被电火花点燃了。
压电陶瓷的这种功能就叫做压电效应。
压电效应的原理是，如果对压电材料施加压力，它便会产生电位差（称之为正压电效应），反之施加电压,则产生机械应力（称为逆压电效应）。
如果压力是一种高频震动，则产生的就是高频电流。
而高频电信号加在压电陶瓷上时，则产生高频声信号（机械震动），这就是我们平常所说的超声波信号。
也就是说，压电陶瓷具有机械能与电能之间的转换和逆转换的功能，这种相互对应的关系确实非常有意思。
压电材料可以因机械变形产生电场，也可以因电场作用产生机械变形，这种固有的机-电耦合效应使得压电材料在工程中得到了广泛的应用。
例如，压电材料已被用来制作智能结构，此类结构除具有自承载能力外,还具有自诊断性、自适应性和自修复性等功能，在未来的飞行器设计中占有重要的地位。
二、压电材料的主要特性包括：（1）机电转换性能：应具有较大的压电系数；（2）机械性能：压电元件作为受力元件，希望它的机械强度高、机械刚度大，以期获得宽的线性范围和高的固有频率；（3）电性能：应具有高的电阻率和大的介电常数，以减小电荷泄漏并获得良好的低频特性（4）温度和湿度的稳定性要好。
具有较高的居里点，以得到宽的工作温度范围（5）时间稳定性：其电压特性应不随时间而蜕变。
压电材料的主要特性参数有：(1) 压电常数、(2) 弹性常数、 (3) 介电常数、(4) 机电耦合系数、(5) 电阻、 (6) 居里点。
压电材料的分类
压电材料的分类
压电材料主要可以分为以下三类：
1. 无机压电材料：无机压电材料包括压电晶体和压电陶瓷。
压电晶体通常指的是压电单晶体，而压电陶瓷则是指由必要成分的原料混合、成型、高温烧结而成的微细晶粒无规则集合而成的多晶体。
2. 有机压电材料：有机压电材料，也被称为压电聚合物，如聚偏氟乙烯（PVDF）薄膜和其他有机压电薄膜材料。
这类材料具有柔韧性、低密度、
低阻抗和高压电电压常数等优点，因此在水声超声测量、压力传感、引燃引爆等领域得到广泛应用。
3. 复合压电材料：复合压电材料是由有机聚合物基底材料中嵌入片状、棒状、杆状或粉末状的压电材料构成的。
这种材料在水声、电声、超声、医学等领域得到了广泛的应用。
以上信息仅供参考，如有需要，建议查阅压电材料相关书籍或咨询材料学专家获取更专业的解答。
压电陶瓷材料的分类
压电陶瓷材料的分类1、按主要组成晶体结构分类：现已实用化的压电陶瓷材料主要分为：（1）钙钛结构矿perovskite structure具有钙钛矿结构的铁电，压电陶瓷属于ABO3型氧八面体，其中A为一价或二价金属离子，而B为四价或五价金属。
半径较大的A正离子，半径较小的B正离子和氧离子分别位于晶胞格子的顶角，体心和面心。
如图所示。
这种结构也可看成是一组BO6八面体按简立方图样排列而成，各氧八面体由公有的氧离子联结，A正离子占据氧八面体之间的空隙，钙钛矿原胞是立方的，也可畸变成具有三角和四方对称性。
钛酸钡，钛酸铅，锆钛酸铅和KxNa1-xNbO3等铁电压电陶瓷具有钙钛矿结构。
（2）钨青铜结构tungsten-bronze structure具有钨青铜结构的铁电，压电陶瓷也属于ABO3型氧八面体铁电体，一个四方晶胞包含10个BO6八面体，它们由其顶角按一定方式联结而成。
偏铌酸铅和铌酸锶钡等铁电压电陶瓷具有钨青铜结构。
（3）铋层状结构bismuth layer structure铋层状结构可以看成是由其氧八面体类钙钛矿层与{Bi2O12}层交替叠成的。
其中类钙钛矿层可以是一层{如Bi2WO6},二层{如PbBi2Nb3O9}，三层{如Bi4Ti8O12}以至五层。
在类钙钛矿层中，其正离子可被许多离子取代。
（4）焦绿石结构pyrochlore structure焦绿石结构是由共同顶角的{NbO6或TaO6}氧八面体组成，而较大的Cd2+{或Pb2+}离子位于氧八面体之间的间隙中。
这种结构的铁电体仅出现在Cd2Nb2O2, Pb2Nb2O2和Cd2Ta2O7等有限几种化合物中*本公司产品压电陶瓷材料主要为钙钛矿结构。
2、按主要组成组元分类：（1）单元系陶瓷unit system ceramics实用的单元系其结晶构造几乎都是BaTiO3为代表的钙钛矿结构和PbNbO6等的钙青铜结构：属于钙钛矿结构的单元系材料有①BaTiO3、②PbTiO3、③PbZrO3、④居里点高的ＢiNaTi2O6(Tc=320℃),BiKTiO6(380℃),Pb2FeNb6(112℃)和Pb3ZnNb2O3(１４０℃)等压电陶瓷。
压电材料的压电效应研究
压电材料的压电效应研究压电效应是指压电材料在受到机械力或应变时会产生电荷分布的现象，并且在施加电场时会发生机械位移。
这种效应被广泛应用于传感器、换能器、震荡器和谐振器等领域，具有重要的科学研究和工程应用价值。
本文将深入探讨压电材料的压电效应研究。
一、压电效应的基本原理压电效应是一种电-机耦合效应，即机械能与电能之间的相互转换。
压电材料的压电效应基于晶格结构的不对称性，当材料受到机械应变时，正或负的电荷会在晶格中重新分布，从而产生电势差。
在施加电场时，这些电荷会发生位移，导致材料发生机械变形。
二、压电材料的分类常见的压电材料包括无机压电材料和有机压电材料。
无机压电材料如石英、硅酸锂等具有优异的电-机性能，适用于高精度的应用。
有机压电材料如聚偏氟乙烯（PVDF）、聚酰亚胺（PI）等则具有较高的柔性和可塑性，在柔性电子器件领域有广泛的应用。
三、压电效应的研究方法和技术1. 实验方法压电效应的研究往往需要通过实验手段来进行验证。
常见的实验方法包括震荡法、谐振法、压电测试、电压-位移测试等。
这些实验方法可以直接测量和分析压电材料的压电性能，为后续的研究工作提供参考数据。
2. 理论模型为了深入理解和解释压电效应的原理，研究人员发展了各种理论模型。
其中较为常见的是等效电路模型和有限元分析模型。
等效电路模型可以模拟压电材料的电-机特性，有限元分析模型可以模拟材料的微观结构和应力分布，从而揭示压电效应的微观机制。
四、压电效应的应用1. 压电传感器压电传感器是利用压电效应来检测和测量机械应变或压力的装置。
其原理是将压电材料与机械结构相结合，当受到机械应变或压力时，压电材料产生的电荷变化可以被检测到并用于信号采集和处理。
2. 压电换能器压电换能器是利用压电效应实现电-机能量转换的装置。
常见的压电换能器包括声波发生器、声波检测器和压电振动器等。
通过施加电场或机械应变，压电换能器可以将电能转化为机械能或将机械能转化为电能。
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常用的压电材料分类
第一类是无机压电材料，分为压电晶体和压电陶瓷，压电晶体一般是指压电单晶体；压电陶瓷则泛指压电多晶体。
压电陶瓷是指用必要成份的原料进行混合、成型、高温烧结，由粉粒之间的固相反应和烧结过程而获得的微细晶粒无规则集合而成的多晶体。
具有压电性的陶瓷称压电陶瓷，实际上也是铁电陶瓷。
在这种陶瓷的晶粒之中存在铁电畴，铁电畴由自发极化方向反向平行的180 畴和自发极化方向互相垂直的90畴组成，这些电畴在人工极化（施加强直流电场）条件下，自发极化依外电场方向充分排列并在撤消外电场后保持剩余极化强度，因此具有宏观压电性。
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。
这类材料的研制成功，促进了声换能器，压电传感器的各种压电器件性能的改善和提高。
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。
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。
近来由于铌镁酸铅
Pb(Mg1/3Nb2/3)O3单晶体（Kp ≥90%, d33≥900×10-3C/N, ε≥20,000）性能特异，国内外上都开始这种材料的研究，但由于其居里点太低，离使用化尚有一段距离。
第二类是有机压电材料，又称压电聚合物，如偏聚氟乙烯（PVDF）（薄膜）及其它为代表的其他有机压电（薄膜）材料。
这类材料及其材质柔韧，低密度，低阻抗和高压电电压常数(g)等优点为世人瞩目，且发展十分迅速，现在水声超声测量，压力传感，引燃引爆等方面获得应用。
不足之处是压电应变常数（d）偏低，使之作为有源发射换能器受到很大的限制。
第三类是复合压电材料，这类材料是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。
至今已在水声、电声、超声、医学等领域得到广泛的应用。
如果它制成水声换能器，不仅具有高的静水压响应速率，而且耐冲击，不易受损且可用与不同的深度。